基于光谱指数的伊犁绢蒿荒漠草地恢复状况的判定

为了从光谱角度探讨退化伊犁绢蒿封育的适宜年限,对未封育、封育2年、7年和10年的草地从群落数量指标、群落光谱特征及特征植物光谱进行研究。通过对植被数据与光谱数据进行回归分析,对比群落和特征植物光谱指数随封育年限的变化趋势,探讨植被高光谱对伊犁绢蒿荒漠草地恢复状况的响应及最佳封育年限判定的可行性。结果表明：随着封育年限的增加,草地的盖度、密度及生物量呈先增加后降低的趋势;对群落的数量指标、群落光谱指数及建群种光谱指数回归均指示在5年左右达到最大值,表明可以通过植物光谱来对草地恢复状况及封育最佳年限加以判定。     

稻纵卷叶螟危害下水稻叶片光谱特征及产量估测

2020年在南京市浦口区桥林街道对稻纵卷叶螟[Cnaphalocrocis medinalis Güenée(C. medinalis)]自然发生的水稻农田进行高光谱观测试验，以探明不同稻纵卷叶螟危害程度下水稻叶片光谱特征与产量的关系，并对水稻产量进行预测。试验共选取80个样点，各样点虫害等级根据稻株的受害叶片数量占叶片总数的比例进行划分，利用SOC710VP便携式高光谱成像仪，采集水稻主要生育期（拔节期、孕穗期、灌浆期和成熟期）各样点水稻叶片的高光谱数据，调查收获后各样点的水稻产量数据，分析不同虫害等级下水稻叶片原始光谱、一阶导数光谱特征和产量参数的变化规律，并利用观测光谱与产量相关性较强的特征波段计算植被指数，建立基于植被指数的水稻产量估算模型。结果表明：（1）同一生育期内，水稻叶片近红外波段和红边波段的反射率随着虫害等级的升高而降低，而红光波段则相反。（2）同一生育期内，一阶导数光谱的峰值、红边幅值和红边面积随着虫害等级的增大而降低，红边位置的“蓝移”现象加重。（3）水稻的有效穗数、千粒重、结实率以及产量总体上随着虫害等级的上升而降低；但虫害等级较低时，有效穗数、千粒重以及结实率...     

土壤水分的高光谱响应特性及定量监测研究

为及时、准确地监测土壤含水量（SMC），采用室内条件下人工模拟不同SMC环境的方法，通过测定各时间段的SMC及其对应的土壤光谱反射率，运用连续投影算法（SPA）提取土壤水分的特征波长，结合多元线性回归（MLR）方法，构建SMC的高光谱定量监测模型。结果表明，光谱反射率随着样本SMC的增加而逐渐降低，二者存在明显的负相关关系；采用SPA方法提取的光谱特征波段为422、629、817、976、1121、1258、1359、1448、1830和2022nm；构建的SPA-MLR土壤水分高光谱监测模型表现出良好的预测效果（校正集的R2=0.930、RMSE=8.845、RPD=3.794，验证集的R2=0.927、RMSE=8.799、RPD=3.581）。研究结果可为土壤水分的高效精准监测提供一定的实践探索和理论参考。     

不同玉米品种氮胁迫响应及诊断参数确定

本研究以两个不同玉米品种(冀玉5817和郑单958)为研究对象，同步获取其关键功能叶片(玉米生育前期为最上部完全展开叶、吐丝后为穗位叶)氮含量和光谱反射率，分析不同施氮水平下两个品种关键功能叶片氮含量的响应特征和产量反应。研究表明，不同品种在整个生育期的叶片氮含量的变化整体趋势一致，两个玉米品种最优氮处理均为180kg/hm²，冀玉5817氮含量在成熟期之前普遍高于郑单958，两个品种对不同氮处理响应有所差异。本研究建立基于优化处理的氮素丰缺诊断指标，即氮胁迫指数(NSI)和氮胁迫光谱指数(NSSI)。基于光谱参数NVI(570，670)构建的NSSI对缺氮响应比较敏感，并且对两个品种均适用。该方法及其构建的参数通过与同条件下优化处理进行比较，避免了氮素营养的光谱诊断受品种和生育期的影响，并且光谱参数可实时、快速和无损地获取，为玉米生育期内氮肥的优化调控提供了依据。     

Development of multispectral imaging algorithm for detection of frass on mature red tomatoes

In this research, a multispectral fluorescence-based imaging algorithm was developed to detect frass contamination on mature Campari tomatoes. Tomato images were acquired using a hyperspectral fluorescence line-scan imaging system with violet LED excitation, then analyzed for wavelength selection. The fluorescence intensities at five wavelengths, 515 nm, 640 nm, 664 nm, 690 nm, and 724 nm, were used to compute three simple ratio functions to detect frass contamination. The contamination spots were created on the tomato surfaces using four low-concentration frass dilutions. The algorithms detected over 99% of the 0.2 kg/L and 0.1 kg/L frass contamination spots and successfully differentiated these spots from tomato skin surfaces, stem scars, and stems. However, differentiation of the 0.05 kg/L and 0.02 kg/L frass contamination spots was more difficult. Adjusting the algorithm to successfully detect 95% of the 0.05 kg/L spots also resulted in false-positive pixel detections occurring on 28% of the tomatoes. This study demonstrates that a simple multispectral fluorescence imaging algorithm based on violet LED excitation could be useful for rapid postharvest detection of frass contamination on tomatoes in processing lines.     

柑橘黄龙病光谱特征波段选择及光谱检测仪研制

黄龙病（Huanglongbing，HLB）被称为柑橘的癌症，及早检测出患病植株可防止病情蔓延，降低病情灾害程度。高光谱分析技术因其丰富的光谱信息，成为近年来作物病害检测的研究热点。然而高光谱设备昂贵，波段数较多，计算量大，在实际应用中尚未形成规模应用。使用合理的波段选择方法，可以去掉冗余信息，避免"维数灾难"，减轻数据存储、计算与传输压力，并降低设备成本。该研究利用地物谱仪获取了柑橘冠层叶片的高光谱信息，提出一种基于典型成分分析（Exemplar Component Analysis，ECA）的柑橘黄龙病特征波段优选方法，并与其他3种波段优选算法进行比较，分别优选了7个光谱波段的组合。基于优选波段，采用6种机器学习方法进行建模分类，对4种波段选择方法的鲁棒性进行了分析。此外，基于优选的特征波段设计了一款多光谱仪应用于柑橘黄龙病的检测。结果表明，用ECA算法选择的特征波段，其结合6种分类器在测试集上的准确率达到92%以上，并具有较好的鲁棒性。自研基于特征波段的多光谱仪对于HLB的检测精确度最高可达95%。试验表明用少量特征波段表征HLB作为检测手段具有可行性，合理的特征波段有助于降低专门农业病害光谱检测的设计成本，提高果园病情防控精准度。