近红外反射技术建立合肥地区精米直链淀粉含量测定模型

以合肥地区种植的203份水稻材料为检测对象,用近红外反射技术采集光谱,常规化学方法测定精米直链淀粉含量。结果表明,定标样品的直链淀粉含量分布范围为3.439%～28.046%,代表性和连续性良好。采用多种计量数学处理方法和偏最小二乘法(PLS),优化建立了精米直链淀粉含量的定量分析预测模型。定标集(C-Set)样品数132个,相关系数(Rc)0.9278,定标标准差(SEC)1.6582;验证集(V-Set)样品数67个,相关系数(Rv)0.8736,预测标准差(SEP)1.9083,并证实所建立的模型在测定精米直链淀粉含量上具有很好的准确性和实用性,对合肥地区水稻品质育种及种质资源相关研究具有实用价值。     

水稻冠层光谱反射特征及其与叶面积指数关系研究

在水稻试验小区,通过人为控制的方法造成施N水平的差异,对水稻整个生长期内冠层光谱进行了比较系统、密集的测定,并测定了水稻几个重要生育期的叶面积指数。结果表明:随着施N水平的提高,水稻冠层光谱在各生育期呈现出一定的规律性,在近红外部分(760 ~ 1220 nm),冠层光谱反射率随着施N水平的提高而升高,而在可见光部分(460 ~ 710 nm),水稻冠层的光谱反射率反而逐渐降低。冠层光谱经差异显著性检验发现:水稻灌浆期以前,对施N水平最为敏感的波段是绿光(560 ~ 610 nm)和近红外(710 ~ 760 nm)部分;转换为归一化植被指数(NDVI)以后,差异最显著的是 (R760 - R560) / (R760 R560)。对叶面积指数与冠层光谱反射率的相关分析结果表明:在水稻抽穗期以前,叶面积与冠层光谱反射率相关性较差;而抽穗期以后,二者有较好的相关性。     

基于光谱反射信息的作物单产估测模型研究进展

及时准确地估测区域作物单产信息,对于粮食安全预警、粮食贸易流通,以及农业可持续发展都具有非常重要的意义。基于光谱反射信息的遥感技术,能够实时获取作物和土壤在不同时间和空间尺度下的分布信息,为区域作物单产估测研究提供了新的机遇和挑战。在简单介绍作物反射光谱特性和作物单产影响因素的基础上,分经验模型、半经验半机理模型和机理模型三部分,详细论述了基于光谱反射信息的作物单产遥感估测模型的国内外研究进展,并指出基于作物生长机理模型与多时相遥感信息同化技术的研究,应该是未来区域作物单产估测的重要发展方向之一。今后应该重点加强作物冠层关键参数(如叶面积指数、叶绿素浓度、作物吸收光合有效辐射系数、植被覆盖率等)的定量反演研究,同时加强多源遥感数据替代和整合技术研究,以及作物模型与遥感信息同化关键技术研究,以进一步改善单产估测精度和提高系统可运行性。     

小麦、玉米、水稻施肥模型的建立

采用系统研究法在河北省玉田县进行施肥推荐的田间试验和示范,根据19921993年的试验和示范结果,建立包括土壤测试值、施肥量和若干虚似变量为自变量的小麦、玉米、水稻施肥模型,编写了在EXCAL软件上的应用程序,为模型的应用创造了条件。     

基于高分辨率反射光谱的土壤营养元素估算模型

研究了土壤中营养元素含量（N、P、K）与土壤可见光／近红外光谱之间的关系。在对原始光谱进行预处理分析后,计算出了4种光谱指标：反射率Reflectance、一阶导数FDR、倒数之对数log（1／R）和波段深度Depth。通过偏最小二乘回归分析建立了营养元素与4种光谱指标的经验模型,并且利用验证样本集对回归模型进行了验证。结果表明,可见光／近红外反射光谱具有快速估算土壤中营养元素含量的潜力。     

苹果花期冠层反射光谱特征

苹果花期是果树生产与管理的关键阶段,对冠层反射光谱特征研究具有重要的理论和现实意义。该文以山东省栖霞市为研究区,通过实测的120棵苹果花期冠层反射光谱数据,在分析不同累计样本容量冠层反射光谱特征的基础上,用方差分析和相关分析的方法,系统地研究了苹果树有花与无花、不同花量、花期不同阶段、不同树龄及不同品种的冠层反射光谱特征。研究结果表明,随着累计样本容量的增加,冠层反射光谱曲线趋于稳定、平滑。有花与无花冠层光谱反射率在431～500、591～680、761～1 300 nm波段方差分析结果极显著（α=0.01）;不同花量的冠层与391～513、598～687、711～1 193 nm波段的反射率显著相关（p＜0.05）;在670 nm“红谷”附近,反射率随花量的增加而增大,在近红外761～1 300 nm波段,反射率随花量的增加而减小;不同品种之间,除嘎啦外,红富士、金帅和新红星之间不易区分。研究结果揭示了高光谱遥感在苹果花期信息获取方面的巨大潜力,为今后遥感反演模型的构建提供了依据。     

不同水氮条件下水稻冠层反射光谱与叶片水势关系的研究

研究了不同水氮处理对水稻叶片水势及冠层光谱的影响,确立了叶片水势与冠层反射光谱的相关关系。结果表明,水稻叶水势随土壤含水量的升高而升高;在相同干旱胁迫下,低氮处理的叶水势高于高氮处理的叶水势。研究发现,比值指数与归一化指数的比值与水稻叶片水势、相对含水率呈良好的线性相关,从而获得了一种地面遥感监浏水稻全生育期叶片水势的定量方法。     

张掖市熟地水稻产量模型的研究

本文对张掖市的熟地采用了通用旋转回归设计方法,研究了氮、磷二因子对熟地水稻产量的影响以及因子间的配合关系。根据试验资料。建立了二元二次回归产量模型,与实际资料拟合较好,达到了极显著水准。并通过对产量模型的分析,明确了在当前条件下以高产为目标时,各因子的适宜用量,明确了二因子在增产中的作用是磷肥大于氮肥。     

不同生育期水稻叶面积指数的高光谱遥感估算模型

2011年和2012年通过大田试验,利用便携式野外光谱仪实测水稻冠层不同生育时期的高光谱数据,同时使用SUNSCAN冠层分析系统采集水稻冠层叶面积指数（LAI）;采用光谱微分技术和统计分析技术,分别分析高光谱反射率及其植被指数与LAI之间的关系,建立LAI估算模型并进行模拟结果对比。结果表明：水稻抽穗-成熟期,利用光谱值的对数形式对LAI值的模拟效果较好,分蘖-抽穗期利用光谱反射率模拟LAI变化过程的效果不理想。 在利用各种植被指数估算LAI方法中,水稻分蘖-抽穗期以修改型土壤调整植被指数MSAVI[758,805]对LAI的估算效果最好,模拟值与实测值的相关系数通过了0.01水平的显著性检验（R=0.7754）,估算精度较高。在抽穗-成熟期,也以修改型土壤调整植被指数MSAVI[758,817]对LAI的模拟效果最好,模拟值与实测值的相关系数通过了0.01水平的显著性检验（R=0.6488）,估算精度较高。说明修改型土壤调整植被指数（MSAVI）能更好地模拟水稻不同生育期的叶面积指数,按照分蘖-抽穗期、抽穗-成熟期两个生育阶段分别建立水稻冠层LAI的高光谱估算模型能够提高LAI估算的准确度,研究结果也证实了分生育阶段建模的必要性。     

土壤的多角度偏振反射光谱研究

在利用多波段、多时相、高光谱的遥感数据来提高遥感对地物的识别能力的同时[1] ,人们注意到角度信息在遥感图像识别和分类中起到的影响和贡献[2 ] ,即地物在2π空间上的三维光谱特征。在早期的遥感,主要采取垂直收集对地观测数据。根据不同的地物具有不同的吸收、反射和发射电     

用多角度光谱信息反演冬小麦叶绿素含量垂直分布

由于作物叶片具有一定的叶位空间垂直结构(倒一叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶、倒五叶等),且存在不同叶位叶绿素等生化组分垂直分布的特性,该研究提出利用遥感数据反演作物养分垂直分布,尤其是作物中、下层信息的方法。运用多角度光谱信息,通过不同角度条件下,反映的作物上层、中层、下层信息的差异等通过构建基于不同观测天顶角条件下的冠层叶绿素反演指数的组合值,形成上层叶绿素反演光谱指数、中层叶绿素反演光谱指数和下层叶绿素反演光谱指数来反演作物叶绿素的垂直分布,达到了极显著的水平。表明运用基于多角度光谱信息的光谱指数组合能够较好的反演作物叶绿素含量的垂直分布。对于生产上迫切需要对作物中、下层叶片氮素或叶绿素状况的监测来指导适时和适量施肥,保证获得既定的作物产量和品质目标,提高肥料利用率有重要意义。     

基于多时相和多角度光谱信息的作物株型遥感识别初探

作物群体具有一定的冠层几何结构(株型),对于不同株型的品种,在相同的叶面积指数时冠层反射光谱往往不同,使得利用冠层反射光谱来反演叶面积指数等生物物理和生物化学参数时存在不同株型产生的误差,该文定量研究了不同叶面积指数条件下,作物株型对冠层反射光谱的影响,并提出运用波长800 nm处起身期的冠层反射光谱与该波长处拔节期和起身期冠层反射光谱的比值,可以初步实现高密度披散型品种、低密度披散型品种、高密度中间型品种、低密度中间型品种、高密度直立型品种和低密度直立型品种的遥感识别,结合一定条件下选取的15°、30°和45°观测天顶角下,与可见光和近红外波段(波长)处的二向反射冠层反射光谱数值大小进行结合,可以初步实现作物株型的遥感识别。     

不同株型小麦的双向反射分布函数特征研究

为了获得高精度的农作物生理生化参数的遥感反演结果和冠层结构信息提取,由多年地面观测的多角度数据结合半经验的二向性反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function,BRDF)核驱动模型,利用红光(680 nm)和近红外波段(860 nm)的6个BRDF形状指示因子,分析了紧凑型小麦J411和披散型小麦Z9507的BRDF特征。研究表明:主平面上2种株型小麦的方向性反射率表现不同,拔节期披散型小麦的二向NDVI(normalized difference vegetation index)大于紧凑型小麦;红光波段紧凑型小麦J411的几何光学核系数大于披散型小麦Z9507,紧凑型小麦几何光学效应更强;近红外波段披散型小麦体散射核系数大于紧凑型小麦,披散型小麦体散射效应更强。由此表明多角度观测数据更适于分析小麦冠层结构信息。该研究为多角度遥感在精准农业领域的应用提供参考。     

水稻遥感估产模拟模式比较

通过大田小区试验,测定了2个品种、3个供氮水平处理的水稻抽穗后不同时期冠层的光谱反射率、叶面积指数及最后的理论产量和实际产量,模拟MSS、TM、SPOT、资源一号CCD相机、IKONOS、MODI S和高光谱的波段来构建光谱差值植被指数DVI、比值植被指数RVI、差值归一化植被指数NDVI和绿度G,并模拟建立遥感估产模式.结果表明:单变量估产模式以差值植被指数DVI效果最好,蜡熟期估产效果要优于抽穗期和灌浆期;多时期复合估产模式估产效果要优于单一生育期;成熟期各种数据的DVI估产模式具有相近估产精度,达91%以上,其中MSS波段的估产精度最高.     

不同株型冬小麦冠层结构特征多时相分析

同一株型不同生育期、不同株型相同生育期其结构参数均具有不同的变化特点,了解其变化,一方面有利于区分不同株型结构,进一步提高LAI（叶面积指数）等指标参数的遥感反演精度,另一方面可用于定量作物肥水管理,提高肥水利用效率。该文结合冬小麦整个生育期,在北京小汤山试验基地开展两期品种试验,对比分析实测冠层多角度光谱及结构参数,得出通过多角度光谱数据区分株型的最佳波段是红光波段,两期LAI与平均叶倾角(ALA)变化均表明,最佳时期为拔节期;起身期至拔节期所选试验品种均体现直立型品种LAI大于披散型品种。2009年试验表明利用J411 4月底LAI变化趋势差异也可较好的区分作物株型;披散型品种9428特征尺度变化出现“跷板”效应,可以作为株型识别的依据之一。     

应用反射光谱法对土壤粘土矿物的鉴定的初步研究

The characteristics of the reflectance spectra of clay minerals and their influences on the reflectance spectra of soils are dealt with in the paper.The results showed that dominant clay minerals in soils could be distinguished in light of the spectral -form parameters of the reflectance spectra of soils,thus making it possible to develop a quick method to determine clay minerals by means of reflectance spectra of soils in the lab.and providing a theoretic basis for remote sensing of clay minerals in soils with a high resolution imaging spectrometer.     

采用叶片光谱反射率预测寒地水稻稻米蛋白质含量

为实现利用水稻叶片光谱指数实时预测稻米蛋白质含量,该研究采集了不同年份中氮素、品种差异下寒地水稻主要生育期（T1拔节期、T2齐穗期、T3结实期）顶部3片叶（L1、L2、L3）的叶片光谱反射率,探究其变化规律以及光谱指数与稻米蛋白质含量的关系,并用P-k、均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）和对称平均绝对百分比误差（Symmetric Mean Absolute Percentage Error,SMAPE）对模型精度进行验证。结果显示：施氮量多则稻米蛋白质含量高,蛋白质含量高的稻米食味值评分低。提高氮肥投入量,叶片反射率在可见光区域内呈降低趋势,而在近红外平台叶片反射率上升。随着生育期的推进,可见光区域内的叶片反射率逐渐上升,叶片反射率在近红外平台表现出先增加后降低的趋势,其变化规律与蛋白质营养转运有着密切联系。对光谱指标和稻米蛋白质含量进行相关分析,T2时期的L2的光谱指数与蛋白质含量的相关性优于其他时期的叶片,其中T2时期L1叶ARI1指标（(1/R550)-(1/R700)）、L2叶CTR1指标（(R695/R420)）以及T3时期L3 叶Rg指标（绿光范围510～560 nm内的最大波段反射率）显示出与蛋白质含量良好的拟合关系,指标验证的P-k分别为0.01、0.01、0.03,RMSE分别为0.19、0.11、0.14,SMAPE分别为1.56%、1.24%、1.44%,其中以T2时期L2叶CTR1指标表现最优,蛋白质含量拟合方程R2为0.75。综上,借助CTR1指标能够实现快捷、无损和实时预测稻米蛋白质含量的目的,达到按质收获以及品质实时监测的要求,促进优质寒地水稻的可持续发展。     

可视化技术及“模型-文档-视”结构在水稻生长模拟中的应用

该研究利用可视化技术和“模型-文档-视”的管理模式,试图改进作物模型系统的用户界面和系统组织结构。利用Hermite曲线模拟水稻叶片的形态,将作物模拟结果图形化、图像化,使水稻生长模拟的结果直观化。并在面向对象编程技术的基础上,将MFC的“文档-视”的结构扩展为“模型-文档-视”结构,使作物模拟系统中数值模拟、数据管理和用户界面的设计相互分离,且系统中的类与类之间能有效进行数据交换;整个系统可整合为几个“模型-文档-视”组,使系统结构简化,易于管理,是对面向对象编程技术的一种扩展。本研究表明：采用“模型-文档-视”模式编程能使整个作物模型系统结构简明,提高研究人员的编程效率;可视化技术的使用,使用户能直接将模拟结果与田间生长状况进行比较,易于做出正确的栽培决策。     

用于监测柑橘叶片冻害的叶绿素含量光谱反射模型研究

果树叶片的叶绿素含量（SPAD）是植株营养状况的表现,也决定其光合作用能力的强弱,并且越冬前的树体营养状态,对果树抵御极端低温和顺利越冬是一个重要的影响因素,而果树受冻时叶绿素渗出和降解也是冻害发生程度的指标。通过对不同生长期的柑橘叶片进行光谱扫描,采用逐步回归法、红边参数法和光谱指数法分析叶片光谱反射率和叶绿素含量之间的关系,构建了柑橘叶片叶绿素光谱反射模型。结果表明,柑橘叶片叶绿素含量与反射光谱之间有较强的相关性,且两种方法所得模型预测值与实测值的相对误差都小于10%,说明模型具有良好的预测结果。两种方法中,选择波段的逐步回归法比光谱指数法的精度更高,但从建模参数的物理意义和逻辑性方面考虑,推荐光谱指数法建模,该模型可为远距离遥感监测果园营养状况和冻害情况提供参考。