不同生育期核桃树冠层叶绿素含量高光谱估算研究

无损、实时、精准地对核桃树冠层叶绿素含量进行高光谱估算,对核桃树生长监测、营养诊断具有重要的指导意义。本研究以连续2年测定126棵核桃树不同生育期冠层光谱反射率及叶绿素含量,分析果实膨大期、果实硬核期、油脂转化期和果实成熟期4个生育期冠层光谱变化规律及叶绿素含量变化特征;在冠层光谱反射率400～1 000 nm范围内计算任意两波段组合生成的RVI、DVI和NDVI指数与各生育期冠层叶绿素含量的相关性,确定各生育期最佳敏感波段组合;基于RVI、DVI和NDVI指数构建不同生育期冠层叶绿素含量估算模型,并用第2年监测数据对估算模型进行精度验证。结果表明:(1)核桃树冠层叶绿素含量随着生育期的推进,呈现先增加后降低的趋势,各生育期叶绿素含量的变异系数和标准偏差存在明显差异,冠层叶绿素含量在油脂转化期最大,果实膨大期最小;(2)从果实膨大期到果实成熟期,在可见光波段冠层光谱反射率与冠层叶绿素含量呈负相关关系,在760～1 000 nm的近红外波段由负相关变为正相关;(3)基于两波段组合生成的RVI、DVI和NDVI指数均在油脂转化期与叶绿素含量相关性最大,估算模型拟合效果更好,且精度更高。其中,RVI指数构建的模型在核桃树中后期估算精度较高,前期较低;DVI指数构建的模型在核桃早中期估算精度较高,后期较低;而基于NDVI指数构建的估算模型,在各生育期对叶绿素含量的估算效果均最为理想,验证精度最高。因此,基于两波段组合生成的NDVI指数构建的估算模型,适用于核桃树整个生育期冠层叶绿素含量的估算研究。     

北疆棉花叶绿素密度的高光谱估算研究

利用非成像高光谱仪,对4水平种植密度下的2个北疆棉花品种在5个关键生育时期进行冠层光谱测定,分析棉花反射光谱及微分光谱生育期的变化规律,并对棉花冠层叶绿素密度(CH.D)与光谱数据进行回归分析,结果表明,近红外729 nm波段处一阶微分光谱数值与CH.D高度相关(r=0.937 2**,n=20),用此波段建立的CH.D估算模型,精度达84.3;,标准差为0.234g/m2,RMSE=0.156 9.研究表明,可以用高光谱数据对新疆棉花冠层CH.D进行遥感估算.     

冬小麦冠层水平叶绿素含量的高光谱估测

【目的】利用高光谱数据对抽穗期冬小麦冠层叶绿素含量进行估测,旨在为叶绿素含量快速准确估测提供参考。【方法】利用ASD便携式野外光谱仪和SPAD-502叶绿素仪实测了冬小麦抽穗期冠层光谱反射率及叶绿素含量,并对原始光谱反射率及其一阶导数光谱与叶绿素相对含量进行了相关分析,建立了基于敏感波段、红边位置、原始光谱峰度和偏度、一阶导数光谱峰度和偏度的叶绿素估算模型,并进行检验,从中筛选出精度最高的模型。【结果】冬小麦冠层光谱曲线特征与叶绿素含量之间有着密切联系。基于原始光谱一阶导数偏度和峰度的冬小麦(抽穗期)叶绿素含量估算模型拟合精度优于其他4种估算模型,决定系数R2分别为0.847和0.572,均方根误差RMSE分别为0.397和0.697,相对误差RE分别为61.0%和119.0%,拟合精度优于其他4种估算模型。【结论】原始光谱一阶导数的偏度和峰度作为自变量能很好地估测抽穗期小麦冠层叶绿素含量。     

基于高光谱植被指数的马铃薯叶片叶绿素含量估测模型

【目的】筛选相关性好的植被指数构建马铃薯叶片叶绿素a、叶绿素b估测模型,为科学、无损地进行马铃薯叶片叶绿素含量估算提供技术支撑。【方法】采用便携式高光谱地物波谱仪,获取不同施氮水平下不同生育时期的马铃薯植株叶片光谱反射率,提取植被指数,测定马铃薯叶片叶绿素a、叶绿素b含量,并研究叶绿素含量与植被指数的相关性。【结果】12个植被指数与叶绿素a、叶绿素b含量相关性较好,其中修正归一化差异指数(mND_(705))、修正简单比值指数(mSR_(705))、地面叶绿素指数(MTCI)、修改叶绿素吸收反射指数(MCARI)与叶绿素a、叶绿素b含量相关性最好。基于这4个植被指数建立的估测模型中,MTCI构建的乘幂模型估测叶绿素a含量的效果最佳,mND_(705)构建的指数模型估测叶绿素b含量的效果最佳。【结论】MTCI构建的乘幂模型能较为精确地估测叶绿素a含量,mND_(705)构建的指数模型能较为精确地估测叶绿素b含量;这2种模型可用于间接监测马铃薯植株的氮营养亏缺状态。     

大豆叶面积的高光谱模型

以ASD FieldSpec-Vnir光谱仪实测不同生长季大豆的冠层反射率,同期采集对应大豆LAI,然后逐波段分析冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI的相关关系;并采用单变量线性回归逐波段分析了冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI确定性系数随波长的变化趋势,建立了以近红外与可见光波段冠层光谱反射率的比值植被指数RVI与大豆LAI的高光谱遥感估算模型。结果表明,冠层光谱反射率在350￣680nm、760￣1050nm波谱区与大豆LAI相关性较大,而在红边区680￣760nm的相关性变化较大;导数光谱在红边区与大豆LAI相关程度高。通RVI方式建立的遥感估算模型能较为准确估算大豆LAI,通过对红外与蓝波段建立的RVI指数与大豆LAI的回归模型,表明其预测大豆LAI的能力较好,有进一步研究的必要;通过对比发现,神经网络模型可以大大提升高光谱反演大豆LAI的水平,模型的确定系数R2为0.9661,而总均方根误差RMSE仅为0.446m2.m-2。     

基于高光谱成像的大豆叶片叶绿素分布可视化

[目的]利用高光谱成像技术估测大豆叶片叶绿素含量并实现其分布可视化,为直观监测大豆元素营养水平和生长发育状况提供技术支持.[方法]利用高光谱成像技术采集80片生长发育程度不同的大豆叶片高光谱图像,提取并计算叶片平均光谱后测定其对应的叶绿素含量,分析大豆叶片反射光谱特征差异,比较叶绿素与叶片反射光谱特征的关系,通过不同的...     

基于冠层反射光谱的冬小麦干物质积累量的估测研究

[目的]分析了小麦光谱特征与干物质积累量的相关关系。[方法]通过对冬小麦不同品种的干物质积累量、叶面积等参数和冬小麦冠层光谱反射率、光谱一阶微分和光谱比值植被指数(RVI)的相关分析,确立了冬小麦干物质积累量的敏感波段,并建立了预测模型。[结果]开花期350~700 nm和1 420~1 520 nm冠层光谱反射率和灌浆期350~1 750 nm冠层光谱反射率分别与干物质积累量显著相关;比值植被指数RVI(560,1220)与干物质积累量的相关性较好;确立的冬小麦干物质积累量预测模型为:干物质积累量=-186.94×RVI(560,1220)-2 242.2(R2=0.713 8),说明通过遥感手段监测冬小麦的群体质量是可行的。[结论]该研究为高光谱遥感技术在监测小麦的群体质量的应用提供参考依据。     

氮素胁迫下寒地玉米高光谱特征研究

利用高光谱近地遥感技术,采集不同氮素水平下的不同生育期的寒地玉米冠层高光谱图像,采用ENVI软件提取玉米冠层的光谱反射率。结果表明,不同氮素水平下寒地玉米冠层反射率存在较大差异,玉米“红边”具有双峰现象,红边位置呈“红移”现象;根据玉米冠层高光谱反射率以及红边位置峰值可定性区分严重缺氮、正常施氮和过量施氮。     

基于光谱角指数小麦冠层叶片特征差异估测研究

[目的]为利用高光谱技术实现作物氮素营养状况无损快速监测提供途径.[方法]通过不同品种小麦不同氮素水平试验,分析小麦不同氮素营养状况下,叶片叶绿素含量与叶面积指数、冠层光谱角的关系,定量分析光谱角指数,并建立相关模型对小麦氮素营养状况进行实时监测.[结果]冠层光谱角指数与差值叶绿素含量和差值叶面积指数的相关性最高为0.919 7,两者之间建立的模型决定系数为0.739 2,0.617 8,具有很好的拟合效果.[结论]利用光谱角可以监测小麦叶片叶绿素及叶面积差异,在此基础上进行小麦氮素营养监测是可行的.     

基于实测光谱的红花叶绿素含量高光谱估算模型研究

通过分析红花(Carthamus tinctorius L.)原始光谱、变换光谱以及其他25种应用最普遍的高光谱参数与其叶绿素含量的相关性,并选择每个生长期与红花叶绿素含量相关性较好的高光谱指数和波段,建立不同生长期红花叶绿素含量的线性、抛物线、指数和对数模型,并用RMSE评价模型精度。最后得出各期的最佳模型:出苗期归一化差异指数(NDI)的抛物线模型具有最大模型精度0.900和检验精度0.932;分枝期黄边幅值(Dy)的抛物线模型精度为0.850,检验模型精度为0.811;始花期444 nm处二阶导数光谱的抛物线模型精度为0.734,检验精度为0.866;终花期798 nm处二阶导数光谱的抛物线模型精度为0.929;成熟期795 nm处二阶导数光谱的指数模型精度为0.904,检验精度为0.868。     

基于高光谱数据的滴灌甜菜叶绿素含量估算

为明确甜菜叶绿素含量与高光谱植被遥感的定量关系,探索建立干旱区甜菜叶绿素含量估测模型,即时监测甜菜生长状况,选取新疆滴灌甜菜（Beta356）为研究对象,利用ASD野外高光谱仪在甜菜叶丛快速生长期、块根膨大期与糖分积累期采集各处理反射光谱,并同时测定叶绿素含量,分析原始光谱反射率和一阶微分光谱反射率与叶绿素含量的相关关系,并进一步建立光谱特征参数和敏感波段植被指数叶绿素含量估算模型。结果表明：原始光谱反射率在近红外区（700~1 300 nm）随着氮素水平的增加呈先升高后降低趋势,红边（680~760 nm）也表现出相同趋势,原始光谱反射率在近红外区（700~1 300 nm）随着运筹管理的递进呈现升高趋势,红边（680~760 nm）也表现出相同趋势;原始光谱反射率和一阶微分反射率与叶绿素含量均具有较好的相关性,其最大正相关分别位于902 nm（r=0.574,P<0.01）和676 nm（r=0.843,P<0.01）附近,最大负相关分别位于611 nm（r=-0.664,P<0.01）和1 138 nm（r=-0.727,P<0.01）附近。对所建12个线性模型进行精度检验,其中差值植被指数DR₆₇₆–DR₄₄₆和DR₆₇₆估算模型的预测值与实测值的决定系数分别达到0.774和0.781,以DR₆₇₆所建立的估算模型最优。本研究为快速无损监测甜菜生长状况、制定氮素管理方案、指导甜菜氮肥管理提供支持。     

植被高光谱遥感的应用研究综述

植被高光谱遥感以其显著的特点已经成为连接遥感数据处理、地面测量、光谱模型和应用的强有力的工具。本文概述了植被高光谱遥感数据的处理方法和高光谱分析的算法以及它在植被参数估算与分析、植被长势监测、估产及生物量估算等领域的应用现状 ,特别是与近年逐步兴起的多角度遥感结合在建立与完善双向反射模型 ,更精确地反演植被参数等方面的发展状况。并讨论了进一步充分利用植被高光谱遥感数据 ,加速遥感定量化进程的一些途径。     

基于多角度高光谱遥感的冬小麦叶片含水率估算模型

准确的作物水分监测对于旱情评估具有重要意义。在分析研究区冬小麦多角度光谱特征后,利用不同水分处理下冬小麦实测叶片含水率和实测多角度光谱数据,基于植被光谱指数法,建立不同观测角度下冬小麦光谱植被指数、水分敏感波段光谱指数与叶片含水率之间的数学模型。结果显示,相对方位角与相对天顶角越小时,观测到的光谱指数与叶片含水率的相关关系越优;敏感波段组合构建的光谱指数中,1450nm波段分别与其他波段组合的NDSI、RSI指数与叶片含水率相关性在各观测角度条件下均较好,1 450 nm波段是冬小麦叶片含水率研究的最佳敏感波段;选取常见的4种植被指数(NDVI、EVI、WI和NDII)中WI和NDVI在各观测角度下与叶片含水率的相关性优于其他两种指数,决定系数R2均在0.83以上,P0.01呈极显著相关;综上建立的多角度光谱叶片含水率估算模型,平均相对误差MRE均小于0.154、均方根误差RMSE均小于0.098,拟合效果较好,尤其是光谱指数NDSI1160,1450、NDSI980,1450和植被指数NDVI、WI;基于以上4种指数建立的最优观测角度(0°,30°)模型,其中植被指数WI的估算效果最好,相关系数在各角度均达到5%的相关显著水平,MRE0.03,可作为最优观测角度反演研究的最优植被指数。     

一种玉米苗期冠层叶绿素车载 动态诊断光谱指数

为了使用车载平台对玉米叶绿素含量进行快速预测,优化车载系统测量结果,提出了一种适用于玉米 苗期车载动态预测冠层叶片叶绿素含量的光谱指数MPRI,构建了相应的叶绿素含量预测模型,结合空间插值对其 空间分析能力进行了分析和评估。结果表明院基于车载动态获取的冠层光谱指数MPRI,对于单点位置的冠层叶绿素 预测效果较好,模型决定系数R2约为0.81;对于动态测量,车载动态获取信息中的玉米冠层MPRI 值能够通过定值 阈值较为准确地被识别,利用其构建的玉米冠层叶片叶绿素含量预测模型具有较好的单点预测效果。结合反距离加 权插值法进行空间分析,能够得到较佳的空间预测效果,空间分布预测偏差小于7%的数据占总数据量的85%。基于 光谱指数MPRI 构建的车载动态预测冠层叶绿素预测模型具有较好的单点预测效果,结合GPS 位置信息进行空间 分析能够得到较佳的空间预测效果,为车载系统动态测量提供了新的思路。     

利用高光谱数据估测不同温度胁迫下的水稻籽粒中粗蛋白和直链淀粉含量

水稻籽粒粗蛋白和直链淀粉含量是评价稻米品质的两个主要指标。本文以不同温度胁迫下的水稻田间试验为基础,分析水稻成熟籽粒粗蛋白和直链淀粉含量与不同生育期冠层反射光谱的相关性。结果显示,水稻籽粒的粗蛋白和直链淀粉含量与不同生育期冠层原始光谱和一阶导数在某些波段达到极显著或显著相关水平。进一步分析比值植被指数、差值植被指数、归一化植被指数和红边参数等光谱参数与成熟籽粒粗蛋白和直链淀粉含量的相关性,用回归分析方法对相关拟合较好的参数进行筛选,建立了水稻成熟籽粒粗蛋白含量(GCPC)和直链淀粉含量(GAC)监测模型,运用独立观测数据对模型进行检验,其预测值与实测值的精确度为0.393-0.683,准确度为0.708-0.923,RMSE值为8.706%-11.296%。表明模型预测值与实测值之间具有较高的符合度,对水稻籽粒粗蛋白质和直链淀粉含量具有较好的预测性。     

胁迫处理蜜柚叶片色素含量高光谱遥感估测模型研究

通过在梅州蜜柚农业园实地采集健康成熟、缺锌成熟、受潜叶蛾胁迫成熟柚叶以及健康嫩叶4种不同健康状况叶片的高光谱数据,并通过生化手段测定柚叶样本的叶绿素总量和类胡萝卜素含量,分析构建基于高光谱特征变量的不同环境胁迫下最优的蜜柚叶片色素含量估测模型。在分析色素含量值与原始光谱反射率及其微分光谱、高光谱特征参数相关性的基础上,选取每个类别中与柚叶色素含量极显著相关的波段和高光谱特征参数,通过单变量的线性、对数和指数模型以及多元线性逐步回归方法建立不同类别柚叶色素含量的估测模型。结果表明,通过多元线性逐步回归建立的估测模型具有最高的精度,对健康成熟柚叶叶绿素总量和类胡萝卜素含量的建模精度分别为0.850和0.705,检验精度为0.754和0.606;对缺锌成熟柚叶2种色素的建模精度为0.895和0.904,检验精度为0.932和0.908;对潜叶蛾胁迫成熟柚叶叶绿素总量的建模精度为0.738,检验精度为0.834;健康嫩叶2种色素的建模精度为0.911和0.897,检验精度为0.898和0.944。推荐使用多元线性逐步回归模型来估测不同环境胁迫下蜜柚叶绿素总量和类胡萝卜素含量。     

接种菌根大豆叶片光谱分析和叶绿素含量估测

为更好地指导矿区进行受损土地的微生物复垦,减少传统监测方法对植物的损害,需要运用快速有效的方法来监测菌根作用下植物的生长状况。对不同生长期的大豆叶片光谱、叶绿素含量、菌根侵染率和菌丝密度测定分析,结果表明:各生长期接菌组叶绿素含量均高于同期对照,其叶绿素含量与侵染率间具有显著正相关性,且叶片光谱反射率在550nm处显著低于对照组。同时根据叶片光谱可见光区域叶绿素敏感波段选择植被指数,然后建立以植被指数为变量的线性模型反演叶绿素含量,结果发现植被指数MCARI反演叶绿素含量的精度及稳定性(R2=0.67)都优于其他指数,其线性模型反演绝对误差为2.504,相对误差为6.57%。该研究结果说明高光谱技术是估测菌根作用下大豆叶绿素含量的一种简单、快捷和无损的有效方法,也为未来利用高光谱数据评估微生物对植物生长的促进作用提供理论与方法支持。     

基于反射光谱全波段与双波段甘蔗叶片叶绿素预测模型比较

以甘蔗品种新台糖22号(ROC22)叶片为研究对象,针对全波段和双敏感波段处的反射率分别建立甘蔗叶片叶绿素含量的预测模型,对比各模型的精度。全波段方面,以可见-近红外光谱反射率为输入量,提取出前5个主成分后,分别采用多元线性回归(MLR)与BP神经网络(BPNN)方法建立全波段模型M1与M2;敏感波段方面,选择731和785nm这2个敏感波段及由二者计算出的植被指数为输入量,建立一元线性回归(SLR)模型M3、MLR模型M4以及BPNN模型M5。研究结果表明:M1与M2的预测值与实测值间的决定系数R~2分别为0.792 4和0.892 9;M3、M4、M5的R~2分别为0.821 2、0.840 1和0.848 2;BPNN模型精度高于线性回归模型;虽M5的精度稍低于M2的精度,但M5只包含2个敏感波段信息,具有更高的工程应用价值。     

利用叶片高光谱反射率预测棉花叶绿素含量

为提高棉花叶绿素含量预测的准确性,利用连续小波分析和传统光谱变换对棉花叶片原始光谱进行分解和变换,以特征小波系数和光谱特征波段为自变量,并利用单变量、逐步回归和偏最小二乘法建立反演棉花叶片叶绿素含量的数学模型。结果显示,不同的光谱处理方法使得棉花叶片叶绿素和光谱反射率的相关性都有不同程度的提升,对于传统光谱变换,倒数对数一阶微分lg(1/R′)对棉花叶片叶绿素相关性提高了0.41。结果表明,连续小波分析在信息降噪和挖掘特征信息方面优于传统光谱模型,建立的模型RPD>2,具有很好的稳定性,对样本数据都具很好的预测能力。