基于可见/近红外光谱识别东北地区常见木材

探索可见/近红外光谱识别生长锥取得的木材样品的可行性,为野外木材检测提供方法。木材品种涉及东北地区常见的14个树种,木材样品由生长锥南向北方向钻取树木1.3 m胸高处得到,观测木样的可见/近红外光谱并采用导数、对数与平滑处理,运用距离法建立识别模型,测试并分析不同光谱预处理方法对可见/近红外光谱木材识别准确率的影响。结果显示:在不使用平滑处理时,使用一阶导数处理之后的光谱木材树种识别的准确率（96.79%）明显高于二阶导数（78.57%）和三阶导数（75.00%）。在使用导数和平滑处理时,使用二阶导数（98.21%）或三阶导数（98.21%）处理之后的光谱用于识别的准确率略高于一阶导数（97.50%）。单独使用平滑处理不能提高模型预测准确率,单独使用导数处理可以提高模型预测准确率。在最优的参数设置下使用导数和平滑处理时,使用S-G导数平滑（98.42%）和Norris导数滤波（98.57%）的效果无明显差异。     

生姜水分含量的可见-近红外光谱检测

近红外光谱技术具有简便、快速和无损检测等优点,应用可见-近红外光谱方法建立生姜水分含量(moisture content)的预测模型.利用可见-近红外光谱仪采集308个生姜的光谱,其光谱范围是350～1 800 nm.分别采用一阶导数(FD)、二阶导数(SD)、标准正交变量变换(SNV)和多元散射校正(MSC)4种方法对光谱进行预处理,结合偏最小二乘法(PLS),分别在430～1 000 nm、1 000～1 800nm、430～1 800 nm 3个波段建立生姜水分含量的PLS预测模型.对实验结果进行分析表明,在波段范围430～1 800 nm使用一阶导数预处理方法建立的PLS模型最优.其验证组的相关系数为0.975 1,预测组的相关系数为0.959 7.结果表明,可见-近红外光谱可以准确、快速地对生姜的含水量进行检测.     

玉米光合有效辐射分量高光谱估算的初步研究

 【目的】光合有效辐射分量（FPAR）是各种生产力模型、作物估产模型等的重要参数,本文将对高光谱估算FPAR效果作初步探讨分析,为提高FPAR估算及遥感产品验证精度和各种生态模型模拟精度提供科学支持。【方法】本文基于地面实测玉米数据,详细分析了光合有效辐射分量与光谱反射率及其一阶导数之间的相关关系及FPAR估算机理,并利用反射率、一阶导数、植被指数方法研究了玉米冠层FPAR估算效果。【结果】玉米FPAR与整个可见光波段反射率相关性都相对较好,明显好于近红外波段;FPAR与一阶导数的相关关系曲线波动较反射率大,仅520、570、670、805、950和1 010 nm几个波长处一阶导数与FPAR相关性较好。FPAR与典型单波段反射率和一阶导数具有较好拟合关系,确定性系数分别高达0.791和0.882。总的来说,一阶导数法和植被指数法估算FPAR效果较反射率法好些,其中一阶导数的多波段逐步回归分析取得最优的估算效果,R2高达0.944。除红、绿和常用的近红外波段外,375nm附近紫色波段和950nm附近的近红外波段用于估算FPAR也可以得到较理想的结果,特别是水分强吸收的波段具有较好的提高FPAR估算精度的潜力。【结论】一阶导数法和植被指数法估算FPAR效果稍好,充分挖掘高光谱数据估算FPAR潜力,选择最佳波段能够较好得提高FPAR估算精度。     

基于近红外光谱法和聚类分析法快速鉴别食用油种类

由近红外光谱可以获得不同种类食用油的组成和成分信息,利用聚类分析法提取不同食用油近红外光谱成分信息,对5大类共40个食用油样本进行分类处理。试验证明:对900~1700nm波段范围的光谱样本经过二阶导数处理,利用最短距离法和最长距离法对其进行聚类分析,可以有效的区分5种不同的食用油,模型预测准确率为100%。     

滇西北高寒山区云冷杉高光谱差异性研究

高光谱遥感技术的出现为森林树种精细识别,特别是针叶林类型识别提供了新的解决思路。通过ASD FieldSpec 3光谱辐射仪对滇西北高寒山区的典型树种云冷杉叶片光谱数据进行测量,并利用光谱微分法对云冷杉原始光谱数据进行处理,分析不同原始光谱、光谱一阶微分、光谱二阶微分曲线图,从中选择能有效区分云冷杉的特征波段,利用欧氏距离对不同方法所选择的波段进行区分度检验。结果表明,能够对云冷杉进行精细识别的特征波段大部分位于近红外波段,原始光谱差异最大波段的位于1 340~1 349nm,一阶微分和二阶微分差异最大波段都位于990~999nm。研究结果将为森林树种精细识别,特别是为针叶林类型精细识别领域提供可靠经验与技术支撑。     

基于NIR及PLS-PCR-SVR预测森林土壤有机碳含量

森林土壤有机碳含量是表征林地土壤营养状况的重要指标,该文建立了土壤有机碳含量的近红外光谱定标模型,并比较了偏最小二乘法（PLS）、支持向量机回归（SVR）、主成分回归（PCR）3种建模方法及Savitzky-Golay平滑＋多元散射校正、Savitzky-Golay平滑＋一阶导数、Savitzky-Golay平滑＋二阶导数、Savitzky-Golay平滑＋多元散射校正＋一阶导数、Savitzky-Golay平滑＋多元散射校正＋二阶导数5种光谱预处理方法对土壤有机碳含量定标模型精度的影响,同时进行了波段优选。结果表明：当光谱区域为1 380～1 450 nm,1 800～1 950 nm,2 050～2 300 nm,光谱数据采用Savitzky-Golay平滑＋多元散射校正＋一阶导数预处理,采用PLS的建模方法,主成分数为8时,建立的校正模型预测效果最佳。校正模型的R、RMSE、SEC分别为0.805 2、0.512 2、0.512 5;预测模型的R、RMSE、SEP分别为0.768 1、0.514 3、0.514 6。因此,利用近红外光谱技术可以实现土壤有机碳含量的快速估测,为林区实时、大面积、快速测定森林土壤有机碳含量提供了技术可行性。     

南矶湿地国家自然保护区典型植被光谱波段特征分析及建库

对鄱阳湖南矶湿地国家自然保护区具有典型代表性的湿地植被苔草、芦苇、南荻、虉草、水蓼、蒌蒿和狗牙根开展高光谱特征研究,在分析反射光谱数据的基础上,采用一、二阶导数方法分析各植被类型的反射光谱波段特征差异。结果表明,这7种植被在可见光波段内光谱反射率均低于15%;在"红边"位置的吸收率大小为蒌蒿狗牙根苔草水蓼芦苇南荻虉草,芦苇的红边斜率最大;一阶导数方法不能得到各植被光谱最佳特征波段,但二阶导数效果很好,显示7种典型植被类型在685.8、692.4、698.6、704.3、737.5、746.2 nm,差异明显;典型植被光谱库的建立,将为湿地植被分类提供基础数据。     

基于近红外光谱技术的卷烟类型识别方法研究

[目的]研究不同风格及产地的卷烟。[方法]样品原始近红外光谱分别经过最小-最大归一化、一阶导数、一阶导数＋矢量归一化、一阶导数＋最小-最大归一化、二阶导数和连续小波变换（CWT）等方法处理后进行了主成分分析（PCA）,建立了以马氏距离为基础的卷烟识别模型。[结果]小波变换模型有更好的样品识别能力,模型校正集样品的识别率为96.9%,检验集样品识别率为100%.分类可视化结果表明样品对本类型卷烟风格特征的表达最突出,国内烤烟型卷烟的国外混合型特征最不明显,国外混合型卷烟的国内烤烟型特征最不明显,国外烤烟型卷烟的国外混合型特征最不明显。[结论]采用近红外光谱技术可对不同风格及产地的卷烟进行正确识别。     

西双版纳普洱茶叶片生化参数高光谱估测模型研究

以西双版纳普洱茶为研究对象,利用ASD Field Spec 3地物光谱仪采集叶片高光谱数据,采用导数光谱分析技术对光谱数据进行处理,在实验室测定相应的茶氨酸和氮素含量,分析普洱茶叶片生化参数与原始光谱、光谱一阶微分、光谱对数一阶微分以及高光谱特征变量间的相关性,并利用遗传算法优化的BP神经网络建立了茶氨酸含量和氮素含量的高光谱估测模型。结果表明:普洱茶叶片生化参数含量与高光谱原始反射率间相关性弱,但与光谱一阶微分、光谱对数一阶微分和高光谱特征变量在可见光、近红外波段范围内相关性较强;遗传算法优化下的BP神经网络模型对普洱茶叶片生化参数的估测精度优于普通BP神经网络模型,茶氨酸含量估测精度RMSE为0.21 mg/g,R~2为0.73,氮素含量估测精度RMSE为0.36 g/kg,R~2等于0.88。     

青砖茶茶汤滋味品质的近红外快速无损评价

在不破坏青砖茶样品的前提下,将近红外光谱技术与标准变量变换、一阶导数、二阶导数光谱等预处理方法和遗传算法相结合,剔除部分噪声信息和精准筛选最佳光谱信息数据点后,应用偏最小二乘法建立青砖茶茶汤品质预测模型。筛选的最佳光谱预处理方法为:标准变量变换+二阶导数,遗传算法筛选得到28个最佳建模光谱数据点;最佳偏最小二乘法模型对验证集样品的预测均方根误差为0.372 6,预测集决定系数为0.975 2;对未知茶汤品质的预测均方根误差为0.392 7,预测集决定系数0.970 2。结果表明,在青砖茶茶汤品质得分(73～93分)范围内,应用近红外光谱技术结合遗传算法和偏最小二乘法实现了对青砖茶茶汤品质的快速、准确评价。     

近红外光谱法预测粗皮桉木材的化学成分质量分数

采用近红外光谱法对粗皮桉木材中化学成分质量分数进行快速预测。用常规湿化学方法测定了粗皮桉木材样品的化学成分质量分数,结合近红外光谱仪采集相应的光谱,对原始光谱进行二阶导数预处理后,用偏最小二乘法建立相应的模型并对其进行外部验证。结果表明:粗皮桉木材综纤维素校正模型的相关系数为0.96,预测模型的相关系数为0.92,RPD为2.30。木质素校正模型的相关系数为0.91,预测模型相关系数为0.88,RPD为2.11。利用近红外光谱分析方法可以快速预测粗皮桉木材中综纤维素和木质素质量分数。     

中密度纤维板和红松磨削过程材料去除机理的研究

目的磨削作为一项木质材料精加工技术，研究木质材料磨削过程中的材料去除行为对提高磨削效率和加工表面质量具有重要意义。方法本研究设计了木质材料单磨粒磨削实验平台，采用横向划擦法，利用扫描电镜和3D轮廓仪考察了单磨粒在中密度纤维板(MDF)和红松(Pinus koraiensis)表面形成的划擦痕迹形貌，并测定了相关特征参数，分析了最大磨削深度、沟壑面积对隆起比的影响，并根据磨粒与试件接触过程中磨削力、综合摩擦系数的变化情况，研究磨粒引起的材料变形。定义λ为划擦方向与木材纹理方向之间的夹角。结果与金属磨削过程不同，中密度纤维板和红松划擦时形成的隆起区域很小。红松横纹划擦时(λ = 90°)，被磨粒切刃横向割断的木材在试件表面形成断茬，局部接触区域发生压溃式切削。红松顺纹划擦时(λ = 0°)，隆起比集中在0~0.05，而中密度纤维板的隆起比呈现高度离散。在对红松进行横纹划擦时，法向磨削力F_n和切向磨削力F_t均呈剧烈振荡，而在中密度纤维板和红松顺纹划擦过程中，F_n和F_t都近似符合正态分布，并且随着磨粒切入试件深度的不断增加，F_n和F_t均随之增大，最大值出现在最大切入深度处附近。就中密度纤维板而言，F_n大于F_t，而红松顺纹划擦时F_t略大于F_n。无论是中密度纤维板还是红松顺纹划擦时，磨粒切入试件形成沟壑后半段的综合摩擦系数略大于初期。结论红松磨削过程中，其内部的孔隙(如轴向管胞、解剖学上的植物内部腔洞等)分布和木材纹理方向对材料的变形流动、加工表面质量有着重要影响。中密度纤维板较红松而言，在磨削痕迹两侧产生较多的塑性隆起，隆起比随磨削深度、沟壑面积变化呈现高度离散。在磨粒切入试件过程中，磨粒所受的综合摩擦力是逐渐增大的。      

湿地松人工林木材物理力学性质变异的研究

不同林龄、立地条件、林分密度的湿地松人工林木材物理力学性质的测定与分析结果表明：影响湿地松人工林木材物理力学性质的主导因子是林龄、其次是立地条件、林分密度影响最小；1级立地级上、林分密度为1740株儿m’的11年生湿地松人工林的木材达到建筑材受力构件的最低等级要求．研究结果为湿地松人工林的定向培育和合理利用提供科学的理论依据．     

干扰对人工诱导的阔叶红松林群落结构及高等植物多样性的影响

干扰对人工诱导阔叶红松林的群落结构及高等植物多样性的影响分析表明:次生林抚育改造 32年,经过2次上层抚育采伐作业（择伐上层保留木）,部分红松已进入主林层,形成优势 种群.林分乔木层具有明显的层次结构,红松在林分各层均有分布.林分各层次之间在蓄积分 配上,第Ⅰ层林木蓄积最大,第Ⅱ层次之,第Ⅲ层最小,第2次上层抚育采伐作业前蓄积比 为5∶3∶2,作业后为4∶4∶2.对林分大径木（20 cm以上）、中径木（14～18 cm）、小径 木（14 cm以下）蓄积比进行统计分析,采伐前为5∶3∶2,采伐后为4∶4∶2.同时,各试验区林木径阶呈连续分布,且中、小径木株数较多,呈现出健全的林相,为目前较理想的异龄复层阔叶红松林.上层抚育时择伐上层林木,其林分乔木层、灌木层和草本层的丰富度、Shannon-Wiener指数、均匀度均高于皆伐上层林木的林分,而与对照区差异较小.人工诱导阔叶红松林在上层抚育时,择伐上层林木比皆伐上层林木在保护高等植物多样性上更具优势.      

人工接种后次代抗松材线虫松树的抗病性

为了解抗病松树后代对松树线虫的抗性，采用人工接种松树线虫，相隔一定时间调查其枯死情况，用3％酸性染料染色研究了抗性松与普通松水分输导情况，线虫的数量，结果表明，普通黑松3个月后枯死率为91．1％，次代抗性赤松枯死率为4．46％，除中央髓部的水分输导受影响外周边木质部和形成层未受影响；次代抗性黑松除两株水分严重受阻外，其他与赤松相似，接种线虫1周后从次代抗性松树上分离线虫最多，以后逐渐下降，5周后则很少。     

透光抚育对“栽针保阔”红松林中红松生长过程的影响

[目的]通过研究长白山地区不同透光抚育强度下"栽针保阔"阔叶红松林中红松的生长情况,揭示透光抚育对"栽针保阔"红松林中红松生长过程的影响规律,旨在为阔叶红松林的恢复、经营提供有力的科学依据。[方法]研究5种透光抚育(未采伐对照、低度择伐、中度择伐、强度择伐及上层皆伐)对红松生长的影响。[结果]红松在群落中的地位随着透光抚育强度的增大逐步得到提升,同时透光抚育能够显著提高"栽针保阔"红松林内红松优势木(63.4%~146.5%、64.6%~158.6%)、平均木(57.9%~271.1%、42.5%~261.7%)和被压木(56.5%~182.6%、95.5%~245.5%)的树高和胸径,且呈现出随透光抚育强度的增大而递增的规律性。[结论]透光抚育能显著提高红松树高和胸径生长。     

基于阻抗仪和ERT技术的红松内部腐朽定量检测

为了定量表征红松活立木内部腐朽情况,在黑龙江省五营国家森林公园选取了15棵有不同腐朽程度的红松,应用Resistograph树木微钻阻抗仪和PiCUS Treetronic树木电阻断层成像仪得到南北向与东西向的微钻阻力变化和同样高度上的截面电阻率分布图,对比分析阻抗仪测量方向上的电阻率变化和微钻阻力变化。用树木生长锥在样木的测量位置附近各取南北向与东西向的木芯,将其带回实验室测量质量损失率。将微钻阻力的下降幅度定义为阻力损失,对阻力损失和木芯质量损失率进行回归分析。还用腐朽和健康部分的电阻率均值定义了电阻率的异常程度, 并对其和阻力损失进行了回归分析。以阻抗仪为基准在电阻率分布图上对腐朽部位定位,应用监督分类的方法在图上将腐朽与健康部分区分出来,并计算腐朽面积所占比例。然后用最小二乘法将算得的比例与木芯质量损失率作回归分析。结果表明:平均阻力损失与木芯质量损失率之间存在显著的线性相关关系,阻抗仪可以较准确地表征一维直线上的腐朽情况;微钻阻力变化曲线上发生阻力值明显下降的位置对应的电阻率也会发生明显变化,阻力损失值和电阻率异常程度存在显著指数关系,还能推断出电阻断层成像检测对于轻度腐朽更加敏感,而阻抗仪检测对较严重的腐朽更加敏感;联合阻抗仪和电阻断层成像技术能够确定腐朽的位置和面积,得到的腐朽面积所占比例与木芯质量损失率有显著线性相关关系。      

屈服条件下木材微观结构的变化

试验研究了红松木材在纵向压应力屈服条件下微观结构的变化。结果表明：与素材相比，屈服条件下试样的自由基浓度显著增加，碳含量相对减少，氧含量相对增加；由压应力产生的机械自由基主要来源于纤维素主键Ｃ－Ｏ键的断裂。     

利用近红外光谱技术预测杉木力学性质

利用三点弯曲实验方法测定了155个杉木样品的抗弯弹性模量和抗弯强度,并用近红外光谱仪采集其径切面和横切面的近红外漫反射光谱,以2/3的试样(103个)作为校正集建立抗弯弹性模量和抗弯强度的偏最小二乘法校正模型,以1/3的试样(52个)作为预测集对模型进行验证.结果表明,切面对模型预测效果的影响比较小,且与光谱区域的选择有关.对于可见近红外全波段光谱(350～2 500 nm)利用径切面比利用横切面光谱建立的力学性质模型的预测效果略好,对于短波光谱(780～1 050 nm)利用横切面比利用径切面光谱建立的模型的预测效果略好;降低波谱范围后,利用横切面短波近红外光谱建立的力学性质校正模型的效果与全波谱模型相比差异较小;利用径切面和横切面2个切面可见近红外全波段光谱、利用横切面短波光谱分别建立的杉木力学性质的校正模型,其预测相对分析误差在1.51～1.90之间,表明利用近红外光谱技术预测杉木木材的力学性质的能力属普通,可用之作为初步的检测工具.     

凉水国家级自然保护区森林群落林下物种多样性

该文采用多样性指数、丰富度指数、均匀度指数等对凉水自然保护区森林群落林下灌木层和草本层的物种多样性进行研究.结果表明,用物种多样性指数、均匀度指数测度凉水自然保护区森林群落林下物种多样性,都反映出基本一致的趋势.其总体多样性顺序为:原始红松林>人工落叶松林>槭树红松林>阔叶红松林>云冷杉红松林>人工红松林>椴树红松林>白桦林.各群落林下总的丰富度主要受草本层丰富度的影响.云冷杉红松林和人工红松林的灌木层多样性指数均高于草本层,其他6种不同林型中,灌木层的物种丰富度、多样性指数都低于草本层.各林型的灌木层与草本层间的均匀度差异不大.通过群落主成分分析,得出第一主成分和第二主成分即物种丰富度指数S和物种多样性指数D的累积贡献率达98.945%,基本上反映了原来6个变量的信息.