基于近红外高光谱成像技术鉴别杂交稻品系

种子的筛选和鉴别是农业育种过程中的关键环节。该文基于近红外高光谱成像技术(874~1 734 nm)结合化学计量学方法以及图像处理技术实现杂交稻种的品系鉴别及可视化预测。采集了3类不同品系共2 700粒杂交水稻的高光谱图像,用SPXY算法,按照2∶1的比例划分建模集和预测集。基于水稻样本的光谱特征,采用主成分分析(PCA)方法初步探究3类样本的可分性。采用连续投影算法(SPA),提取出7个特征波长:985.08、1 106、1 203.55、1 399.04、1 463.19、1 601.81、1 645.82 nm。基于特征波长和全波段光谱,建立了偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和支持向量机(SVM)模型。试验结果表明,所建模型判别效果较好,识别正确率均达到了90%以上,其中,SVM模型的判别效果优于PLS-DA模型,基于全谱的判别分析模型结果优于基于特征波长的判别模型。结合SPA-SVM校正模型和图像处理技术,生成样本预测伪彩图,可以直观的鉴别不同品系的水稻种子。结果表明,近红外高光谱成像技术可以实现杂交稻的品系识别及可视化预测,为农业育种过程中种子的快速筛选及鉴定提供了新思路。     

基于离散小波分解与重构的多源土壤含水量数据融合方法与评估

为提高土壤含水量格点数据的区域适用性、准确性，该研究提出了基于离散小波多尺度分解与重构的多源土壤含水量数据融合方法，利用2016-2018年6-9月ESA-CCI、SMAP、ERA5-Land数据集以及地面站点观测的土壤含水量数据，在以黄河流域为主体的主要农业气候区开展了融合方法可行性和适用性研究。结果表明，融合方法能有效捕获融合数据源的多尺度特征信息，通过多源多尺度逐层特征信息权重融合与重构，能有效改进单一数据源在不同农业气候区域的适用性、时空结构和波动特征的准确性。融合结果总体评估的均方根误差、偏差(Bias)和相关系数(r)分别为0.053 m³/m³、0.001 m³/m³和0.721，时空分解评估的综合表现均优于单一融合数据源的评估指标，多尺度时空波动频谱结构特征与观测时空序列更吻合，特别在25 d时间尺度以内时空波动吻合度改进最为明显。该研究获得了较理想的区域土壤含水量改进预期，可为区域生态环境监测、农业可持续发展、水土保持、防灾减灾等科学研究和业务应用提供可行有效的方法参考。     

基于HJ时间序列数据的农作物种植面积估算

通过对长时间序列遥感影像的波谱变化特征分析,可以有效地进行农作物种类识别与信息提取,提高农作物种植面积的遥感监测精度。中空间分辨率多光谱遥感影像适合于中国大范围大宗农作物面积监测,也是能够提供稳定时间序列遥感数据源之一。该研究以河北省衡水市为研究区域,采用2011年10月3日-2012年10月24日期间,16景30 m空间分辨率的HJ-1A/B卫星CCD(电荷耦合元件,charge-coupled device)影像月度NDVI(归一化植被指数,normalized difference vegetation index)时间序列数据,针对冬小麦、夏玉米、春玉米、棉花、花生和大豆等主要作物类型,在全生育期波谱特征曲线分析基础上,提取主要作物类型的曲线特征,采用基于NDVI阈值的决策分类技术,进行了农作物种植面积遥感识别,以15个规则的2 km×2 km的地面实测GPS(全球定位系统,global positioning system)样方进行了精度验证。考虑到大豆和花生2种作物的NDVI时间序列特征相似性较高,将这2种作物合并为一类进行分类,并命名为小宗作物。结果表明,冬小麦、夏玉米、春玉米、棉花和小宗作物等5类目标可以有效识别,分类总体精度达到90.9%,制图精度分别为94.7%、94.7%、82.4%、86.9%和81.2%,其他未分类类别精度为85.9%。利用中高分辨率遥感时间序列卫星影像,在大宗农作物时间序列的变化规律分析基础上,可以准确地提取大宗农作物种植面积,在农作物面积资源调查中具有较大的应用潜力。     

多尺度高分辨率全球土地覆被遥感产品相对一致性比较

国家及区域尺度的土地覆被信息对于解决环境演变、生物多样性保护、生态系统评价及环境建模等一系列问题起着至关重要的作用。该文从国家及区域尺度分别比较了当前全球2种最高分辨率的土地覆被遥感产品,以便解释两者在空间及专题上的一致性和异质性。结果表明,GLOBCOVER和MODIS2种产品在国家尺度上具有较好的一致性,但在区域尺度上仍有较明显的差异,特别是在中国东北和西南地区;2种产品在林地、灌木、耕地和草地间存在严重的混淆现象;总体精度和Kappa系数在全国尺度和区域尺度有着较大的差异,总体精度值从全国尺度的56.35%降为区域尺度的27.01%,Kappa系数值从全国尺度的47.09%降为区域尺度的16.57%。在全国尺度上东北区域有着最好的一致性,四川盆地的总体一致性最差;MODIS产品的类别均质性百分比明显优于GLOBCOVER,类别一致性百分比与空间一致性之间存在显著的相关性,其决定系数R2为0.724,说明产品间的类别均质性百分比差异越小,两者的空间一致性越高。该研究可为遥感产品的使用者提供准确可信的信息分布,为产品生产者有针对性改进分类算法提供科学合理依据。     

福建沿海水域互花米草蔓延的动态监测分析

利用1999/2000年和2006/2007年2个不同时相的遥感影像对福建省沿海水域的互花米草进行解译提取,并结合地理信息数据和社会统计数据进行变化分析。研究表明:基于专家决策树的福建省互花米草信息提取法具有较高的解译精度,动态监测结果显示,7a来福建沿海水域互花米草蔓延迅速,已侵占了大片的养殖水域和滩涂资源,研究旨在为引起有关部门的高度重视并采取必要的治理措施提供理论依据。     

Seasonal variation in canopy reflectance and its application to determine the water status and water use by citrus trees in the Western Cape, South Africa

This study describes the diurnal and seasonal dynamics of the canopy reflectance, water use and water status of Midknight Valencia citrus trees under semi-arid conditions. Hyperspectral canopy reflectance data was collected on 30 trees at monthly intervals over a period of 16 months in a commercial orchard in South Africa. The mean canopy reflectance in the wavelength range 350-2500 nm followed a clear seasonal trend influenced by environmental conditions and tree phenology. Mean monthly reflectance peaked in summer (∼22%) while the lowest value (∼15%) was reached in winter with the seasonal changes in the sun's position accounting for a significant proportion of the variations. A sensitivity analysis of a Penman-Monteith transpiration model showed that water use by individual trees changed by up to 13% when the canopy reflectance was varied over the seasonal range of measured values. This suggested that the seasonal changes in tree water use influenced the seasonal trend of the canopy reflectance. Thus monitoring the canopy reflectance of citrus trees could offer information on the tree water status. To test this, sap flow data of water uptake and loss by the trees were compared with the canopy spectra. Sap flow data showed a heavy reliance by the citrus trees on the internally stored water with up to 25% of the daily total transpiration withdrawn from the trees’ internal water storage pools when soil water was limited. This depletion of internally stored water, and hence the change in tree water status, was detected using spectral indices based on the first order derivatives of the canopy reflectance centered at two and, at most, four spectral bands. We conclude that even if citrus trees are evergreen, their canopy reflectance changes significantly throughout the year with a considerable impact on tree energy balance and water use. In addition, the contribution of the internally stored water to daily transpiration is a possible indicator of drought stress for citrus trees detectable from changes in canopy reflectance and it has potential applications in irrigation scheduling using canopy level spectral information.     

3S技术在精准农业中应用的研究

阐述了3S技术的原理及其在精准农业中的应用,采用差分GPS大大提高定位精度,应用归一化植被指数NDVI值对叶面积指数和植株含氮量进行监测,依GPS定位导航将田块按网格取样,经分析后生产施肥处方图已指导变量施肥。     

应用可见/近红外高光谱成像测定鲑鱼片脂肪含量分布(英文)

脂肪作为一种重要的品质参数,在大西洋鲑鱼片中的分布很不均匀。为寻找一种能替代脂肪化学检测的快速无损的方法,该研究应用可见/近红外高光谱成像测定大西洋鲑鱼片的脂肪含量分布。分别采用可见/短波近红外(400-1100 nm)和近红外(900-1700 nm)系统获取大西洋鲑鱼片样本的高光谱图像。提取样本图像的平均光谱并与其相应的脂肪含量化学值采用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)和最小二乘支持向量机(least-squares support vector machines,LS-SVM)建立相关性模型。为降低高光谱图像的共线性和冗余度,基于竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)分别在可见/短波近红外和近红外光谱区间提取16个(468,479,728,734,785,822,863,890,895,899,920,978,1005,1033,1040,1051 nm)和15个(975,995,1023,1047,1095,1124,1167,1210,1273,1316,1354,1368,1575,1632,1661 nm)特征波长,并分别建立PLSR和LS-SVM模型。特征波长模型的性能优于全波段模型,且近红外区间的特征波长PLSR模型为最优,预测决定系数(R2p)为0.92,预测均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)为0.92%,剩余预测偏差(residual predictive deviation,RPD)为3.50。最后,将最优模型用于预测高光谱图像上所有像素点的脂肪含量以展示样本上脂肪的分布。此外,还基于该技术对大西洋鲑整鱼片实现了脂肪分布可视化。结果表明高光谱成像技术结合化学计量学方法在大西洋鲑鱼片脂肪的定量和分布可视化上有一定的研究和应用前景。     

基于GIS/RS和USLE鄱阳湖流域土壤侵蚀变化

将空间信息技术（RS和GIS）和通用土壤流失方程（USLE）相结合对鄱阳湖流域土壤侵蚀量进行计算。分别利用1990年和2000年TM/ETM+影像分类得到两期土地利用/覆盖类型图,结合鄱阳湖流域数字高程模型（DEM）、土壤类型分布图和流域降雨资料分别获取USLE模型中各因子值的空间分布,最后计算流域2个年份的土壤侵蚀空间分布图。研究表明：鄱阳湖流域土壤侵蚀区域主要分布在赣江上游,信江上游,抚河上中游和修水上游地区;鄱阳湖流域1990年和2000年大范围土地经受着Ⅰ级微度与Ⅱ级轻度侵蚀,其侵蚀面积之和分别占流域面积的97.38%和97.30%;而流域产沙主要来源于Ⅱ级轻度侵蚀和Ⅲ级中度侵蚀,所占土壤侵蚀总量分别为58.16%和51.20%,其中中度以上等级的侵蚀对产沙量的贡献是不可忽视的;从1990年到2000年土壤侵蚀等级变化呈现了由中等级侵蚀（Ⅱ级轻度侵蚀和Ⅲ级中度侵蚀）向低等级（Ⅰ级微度侵蚀）和高等级侵蚀（Ⅴ级极强度和Ⅵ级剧烈侵蚀）的2个极端演化的趋势。鄱阳湖流域土壤侵蚀量从1990年到2000年增长幅度达6.3%;土壤平均侵蚀模数都约为1 100 t/(km2·a),属于Ⅱ级轻度侵蚀。分析2个年份的土地利用/覆盖变化,发现鄱阳湖流域湿地和农田面积减少,建筑用地增加均是造成土壤侵蚀量增加的因素,而降雨侵蚀力因子空间格局也对土壤侵蚀空间分布具有重要影响,最后提出了鄱阳湖流域水土保持规划措施。     

面向对象的湖北省土地覆被变化遥感快速监测

为了快速监测湖北省土地覆被变化,以HJ-CCD、TM以及ETM影像为数据源,探索出了集成面向对象技术与"3S"技术的中尺度土地覆被变化遥感流程和方法。该方法首先基于HJ-CCD影像和面向对象技术进行2010年湖北省土地覆被信息的提取,并用野外采样点对结果进行验证。在保证高精度的情况下利用向量相似性函数对湖北省2000－2005年以及2005－2010年进行变化检测,从而获得2个变化时期影像的变化区域,然后利用面向对象技术中的最邻近分类器对变化区进行自动化分类。最后分别将2期的变化结果与未变化结果融合后获得湖北省2000年、2005年和2010年的土地覆被图,在GIS中处理后建成县、市、省3级行政级别的湖北省土地覆被变化本底数据库。试验表明分类结果的总体精度为93.24%,Kappa系数为0.914;2000－2005年与2005－2010年变化检测的总体精度分别为90.88%和90.75%。同时研究发现景观破碎的地区应用面向对象技术有一定的局限性。