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[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
曹英丽 江凯伦 刘亚帝 于正鑫 肖文 于丰华
针对东北粳稻叶绿素含量无人机高光谱反演中红边位置特征不明确的问题,基于2019～2020年沈阳农业大学水稻试验基地采集的高光谱数据和地面水稻样本叶绿素数据,开展水稻叶绿素含量红边光谱响应特性分析及反演建模研究。首先,利用线性外推(LE)、线性四点插值(LI)、最大一阶导数(MFD)、多项式拟合(PF)、拉格朗日插值(LAG)和倒高斯拟合(IG)6种方法确定水稻冠层高光谱红边位置,对比不同方法提取结果的分布规律,分析叶绿素含量的红边位置响应特性。然后,基于不同红边位置提取结果,利用极限学习机(ELM)、反向传播神经网络(BPNN)两种机器学习算法以及5种统计回归算法构建水稻叶绿素含量反演模型。结果表明:LE方法适合东北粳稻冠层光谱的红边位置的计算,提取的红边位置变幅大,对叶绿素含量变化较为敏感;以LE提取的红边位置为输入特征,构建的线性外推-极限学习机(LE-ELM)和线性外推-对数曲线(LE-LNX)模型,叶绿素含量反演精度较高,两个模型决定系数、均方根误差、平均绝对误差分别为0.781,8.375,9.828和0.763,9.249,11.253,研究结果可为水稻冠层叶绿素含量高效监测提供理论支撑。
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
曹英丽 邹焕成 郑伟 江凯伦 于丰华
高光谱遥感技术为水稻叶片叶绿素含量的高通量、无损、准确监测提供了有效途径,然而高光谱数据的降维或特征光谱参数的选择是叶绿素含量有效反演的关键环节。利用2017年辽宁省盘锦市大洼水稻氮高效品种筛选试验基地的水稻叶片叶绿素含量与叶片高光谱数据,探讨了高光谱数据的降维方法与叶绿素含量的反演建模。首先应用最优子集选择算法(best subset selection)对工程常用的水稻叶绿素反演特征光谱指数进行优选,筛选出最优组合,作为叶绿素多元回归模型的输入特征;同时应用没有在光谱领域得到有效应用的基函数展开算法,利用Gram-Schmidt正交变换寻找叶片高光谱数据的基函数空间,再将高光谱数据投影到基函数空间从而实现降维,最后利用降维后的数据进行多元回归建模,反演叶绿素。结果表明:最优子集选择算法优选出的mNDVI(445,705,750)、NDVI(705,750)、PSRI(500,680,750)、RD(505,705)、RI1dB(720,735)、MCARI(550,670,700)、PPR(450,550)共7个特征指数组合,回归模型反演精度最高,决定性系数R2为0.844,均方根误差RMSE为0.926;基于基函数展开算法对400～1000nm波段范围601维高光谱数据降至13维,叶绿素反演回归模型的决定性系数R2达到0.861,均方根误差RMSE为0.906。说明基于基函数展开的高光谱降维与叶绿素含量估测方法效果较好,可为水稻叶绿素含量估测与长势诊断提供技术支持。
[期刊] 西南农业学报
[作者]
李宗南 蒋怡 黄平 董秀春 王昕 魏来 刘忠友
【目的】应用多光谱影像和光谱指数法准确估算作物叶绿素含量。【方法】使用4个生长期玉米冠层高光谱反射率及叶绿素含量建立单红边波段叶绿素指数(SRCI)的叶绿素含量估算模型:首先由高光谱反射率和光谱响应函数计算得到等效的Worldview-2多光谱反射率,以等效反射率计算SRCI;然后根据SRCI与叶片叶绿素含量(LCC)、冠层叶绿素密度(CCD)的线性关系,分别建立LCC和CCD的一元线性回归模型。使用2012年9月14日获取的Worldview-2多光谱遥感影像计算得到的SRCI作为输入,估算LCC和CCD。【结果】Worldview-2 SRCI估算叶片叶绿素含量的偏差均方根为4.70μg/cm~2,相对误差平均为7.0%;估算冠层叶绿素密度的偏差均方根为1.63 g/m~2,相对误差平均为6.4%。【结论】多光谱卫星遥感的红边光谱指数能准确估算玉米叶绿素含量。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
刘聪 彭漪 方圣辉
以水稻叶片光谱和光合入射有效辐射(PARin)为数据源,分别使用8种叶绿素相关植被指数和其与PARin的乘积对珞优9348和丰两优4号品种水稻叶片在3种氮肥浓度下的净光合速率进行反演,建立不同氮肥水平下,品种无关的水稻叶片净光合速率估算模型,并验证精度。结果表明:1)仅基于叶绿素相关植被指数反演叶片净光合速率是不可行的,模型R~2均0.75,RMSE不超过1.85μmol/(m~2·s);3)区分高、低氮水平进行反演,基于CI的模型R~2分别为0.80和0.89,RMSE分别为1.25和1.37μmol/(m~2·s),可满足反演需求。因此,基于叶绿素植被指数CI的模型可适用于不同品种的水稻叶片净光合速率统一反演。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
李江鹏 刘海俊 黄志午 刘晓英 尤杰 徐志刚
【目的】探讨光谱对水稻剑叶光合及叶绿素荧光特性的影响。【方法】以华粳5号为材料,采用660 nm(R660)和630 nm(R630)的红光及460 nm(B460)和440 nm(B440)的蓝光分别与专用植物灯(W)组成不同光谱,设R660+W、R630+W、B460+W及B440+W 4种光谱处理,于水稻灌浆期测定剑叶光合特性及叶绿素荧光特性。【结果】蓝光能提高水稻剑叶的最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(NPQ)和光化学猝灭系数(qP);灌浆后期,B460+W处理水稻剑叶的净光合速率显著高于红光处理,R660+W处理的单位面积穗数最多,B460+W处理的千粒重和结实率高于其他处理。光响应曲线拟合表明,B460+W处理能提高水稻剑叶的最大净光合速率(Pnmax)、光响应曲线初始斜率(α)、暗呼吸量子效率、补偿点量子效率、捕光色素分子的本征光能吸收截面(σik)和捕光色素分子数(No)。【结论】B460+W处理能改善水稻剑叶光系统Ⅱ的性能,使其在灌浆后期维持一个较高的水平,进而促进干物质积累,最终提高千粒重和结实率,即在白光背景中添加460 nm蓝光是人工环境水稻栽培灌浆期的适宜光谱。
[期刊] 华中师范大学学报(自然科学版)
[作者]
韦安娜 田礼乔 陈晓玲 余永明
光学特性复杂的浑浊水体叶绿素a浓度反演一直是水环境遥感研究的难点,高光谱以其波宽窄、谱段多、获取地物信息近似连续等优势,有望成为解决该难题的有效手段.该文以鄱阳湖为研究水域,利用2009年10月、2011年7月及2016年10月获取的实测高光谱及叶绿素a浓度数据,基于穷举法建立了针对高分五号(Gaofen-5, GF-5)卫星可见短波红外高光谱相机(Advanced HyperSpectral Imager, AHSI)的叶绿素a浓度三波段反演模型(决定系数R~2=0.82;均方根误差RMSE=1.468μg·L~(-1)).通过与2018年10月7日Sentinel-2A卫星多光谱成像仪(MultiSpectral Instrument, MSI)的叶绿素a浓度反演结果对比分析,两者的空间分布具有较高的一致性,超过80%的研究水域相对偏差小于8%,在一定程度上证明了GF-5卫星高光谱数据在浑浊水体叶绿素a浓度反演中的潜力.
[期刊] 林业科学研究
[作者]
宋开山 张柏 刘殿伟 张渊志
采样分析了城市行道树与对比区相应树种的叶绿素变化,并对由叶绿素变化引起的高光谱响应进行了分析, 结果表明:(1)城市环境对行道树叶绿素有重要影响,其中,对针叶树种叶绿素的影响较小,对阔叶树种叶绿素的影响较大;(2)导数光谱与测试树种叶绿素含量关系密切,在740-760 nm附近相关系数达0．83以上;(3)PSSR植被指数与测试树种的叶绿素含量关系密切,幂函数回归的确定性系数达80％左右。以上结论说明:高光谱遥感可以用来监测因城市环境引起的植被叶绿素变化。
关键词：
高光谱 反射率 导数光谱 叶绿素 行道树
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
陈春玲 金彦 曹英丽 于丰华 冯帅 周长献
叶绿素是评价玉米健康状况的重要生理生化参数,而快速、准确检测玉米叶片叶绿素含量,是实现玉米长势及健康状况精准诊断的关键。为提高玉米叶片叶绿素含量的高光谱反演精度,以玉米试验小区为基础,测定了东北地区玉米不同生长期的叶片光谱反射率及其对应的叶绿素含量。首先采用一阶微分方法提取光谱特征,构建9种高光谱特征参数(Db、Dy、Dr、λb、λy、λr、SDb、SDy和SDr),并分析一阶微分光谱、高光谱特征参数与叶绿素含量间的相关关系,优选出与叶绿素含量相关性较高的3种特征参数作为自变量,分别为535nm处的一阶微分值、蓝边内最大一阶微分值Db、蓝边面积SDb,叶绿素含量实测值作为因变量,随后采用遗传算法对BP神经网络进行优化,建立BP神经网络(BPNN)和遗传算法优化的BP神经网络(GA-BPNN)反演模型,并对模型进行验证;再结合主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)模型进行比较。结果表明:叶绿素含量与一阶微分光谱在535nm处具有最大相关系数(R=-0.738),并且与特征参数Db、SDb呈显著相关,相关系数R分别为-0.732和-0.728;遗传算法可以有效地对BPNN初始权值随机化、易陷入局部极值等不足实现优化,并为其定位出理想的搜索空间;GA-BPNN模型的建模集与验证集R2分别为0.878和0.898,RMSE为0.731,与其他反演模型相比,GA-BPNN模型的稳定性和预测能力均表现最好,可为定量预测玉米叶片叶绿素含量提供一定的理论和技术依据。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
唐延林 黄敬峰 王秀珍 王人潮 王福民
测定了水稻、玉米、棉花 3种作物共 6个品种的冠层和主茎叶片不同生育期高光谱反射率及其对应叶片中叶绿素、类胡萝卜素含量 ,分析了它们的高光谱及其红边特征和红边参数与叶面积指数、地上生物量、鲜叶重及叶片色素含量的相关性。结果表明 :(1) 3种作物冠层高光谱反射率大小与其生育期有关。冠层和叶片光谱反射率最大值比较结果是 ,冠层光谱 :棉花 >玉米 >水稻 ;叶片光谱 :水稻 >棉花 >玉米。 (2 ) 3种作物冠层光谱的红边都具有“双峰”现象。红边幅值Dλr 和红边面积Sr 均呈增大、减少的变化规律 ,但红边位置λr 的变化范围和变化规律不同 ;冠层红边参数λr、Dλr、Sr 与其叶面积指数和鲜...
[期刊] 华中师范大学学报(自然科学版)
[作者]
邓实权 田礼乔 李建 陈晓玲 孙兆华 张琍 韦安娜
为了分析即将发射的高分5号卫星(GF-5)的高光谱数据在内陆水体水色遥感中的应用潜力,以鄱阳湖为研究区域,利用2009年、2011年和2016年共134组现场实测光谱及其对应的叶绿素a、总悬浮物浓度数据,考虑高浑浊水体引起的叶绿素a浓度变化的光谱响应差异,在进行水体光学分区基础上通过光谱模拟与差分处理开展了叶绿素a浓度跨阶分高光谱反演研究.结果表明:1)进行光学分区有利于提高反演精度,非高浑浊水体(NDCI≥0.06)区域,反演模型判定系数R2达到0.82,均方根误差RMSE为1.12,平均相对误差MRE为0.32,而不进行光学分区的全湖区反演建模R2仅为0.37;2)相较于鄱阳湖前期研究得到的最优多波段反演模型(R2=0.76),利用495、591、675、679、684、688、692和696nm等波长的原始光谱以及差分光谱(一阶差分、二阶差分)建立的跨阶分多波段组合模型可以更有效地反演非高浑浊水体叶绿素a浓度(R2=0.82),但对于高浑浊水体(NDCI<0.06),叶绿素a浓度的高光谱反演能力还需要进一步挖掘.
关键词：
GF-5 鄱阳湖 叶绿素a 高光谱反演
[期刊] 长江流域资源与环境
[作者]
宋玲玲 仇雁翎 张洪恩 赵建夫
为实现淀山湖水体叶绿素a的快速监测,于2006年春季对淀山湖进行了现场光谱测量和同步的采样、实验室分析,通过分析叶绿素a和光谱数据之间的关系,建立了多个基于高光谱数据的叶绿素a浓度的估算模型。结果表明:利用归一化反射率建立的模型中精度最高的是采用708 nm反射率的一元二次模型,R2为0.608;利用R710nm/R667nm反射比建立模型精度得到提高,R2接近0.68;利用695.5 nm一阶微分建立的指数模型精度进一步提高,其R2达到了0.76;分别利用708 nm和667 nm的归一化反射率对数作自变量进行多元回归得到的模型精度最高,R2接近0.8,可以用来实现对叶绿素a的定量估算,实现...
关键词：
高光谱遥感 叶绿素a 水质监测 淀山湖
[期刊] 中国农业科学
[作者]
房贤一 朱西存 王凌 赵庚星
【目的】建立苹果冠层叶绿素含量及冠层光谱特征参量间的定量关系模型,以促进高光谱技术在苹果树精准施肥以及快速、无损长势监测中的应用。【方法】以蒙阴县果园的苹果树为试验材料,连续2年分别测定了苹果冠层光谱反射率和冠层叶绿素(Chl(a+b))含量,分析了冠层叶绿素含量与光谱反射率之间的相关关系,并计算了400—1 000 nm任意两波段组合而成的RVI、DVI、NDVI和RDVI,分析了它们与冠层叶绿素含量的关系,以逐步回归分析做比较,建立了苹果冠层叶绿素含量监测模型。【结果】结果表明,以单变量估算叶绿素含量的最佳光谱指数为NDVI(975,742),相关系数为0.5093。利用多元逐步回归建立的...
[期刊] 地理科学进展
[作者]
马文勇 王训明
叶绿素是草地进行光合作用最重要的色素,与氮素、蛋白质、水分等其他植被生化参数均有着密切关系,是草地光合能力及生理状况的良好指示剂。利用高光谱数据建模分析是实现大面积草地叶绿素含量估算的一种重要手段。本文将基于高光谱分析估算草地叶绿素含量的方法总结为:基于红边位置及光谱指数的经验模型和辐射传输模型两类。经验模型通过建立叶绿素含量与红边位置、光谱指数之间统计关系来估算叶绿素含量,参数简单,实用性较强;但光谱指数构造形式多样且与草地叶绿素含量关系复杂,在一定程度上影响了叶绿素的估算精度。辐射传输模型以叶绿素含量与辐射能量的作用过程作为其理论基础,模型中参数较多且对估算尺度敏感,有待于进一步完善。目前草地叶绿素估算的研究相对薄弱,专门用于估算的模型较少。未来的工作一方面应致力于发展和改进适宜于草地的光谱指数,同时确定合适的辐射传输模型参数以改进模型对草地的监测效果;另一方面,如何由叶片尺度拓展到冠层尺度进而拓展到像元尺度,从而更好地实现大面积草地叶绿素含量估算,是一项既具有重要意义又有挑战性的工作。
[期刊] 农业现代化研究
[作者]
张浩 毛雪琴 张震 郑可锋 杜新法 孙国昌
通过人工诱发不同等级水稻穗颈瘟,测定染病稻穗光谱及其病情指数(DI)。分析了病穗反射光谱和一阶微分在绿光区、黄光区和近红外区反射特征差异,将病情指数及光谱数据进行相关分析,建立水稻穗颈瘟严重度的估测模型并进行可靠性检验。结果表明:750-850nm反射光谱及720-760nm一阶微分为水稻穗颈瘟的敏感波段;在400-700nm光谱范围内病情指数与光谱反射率的相关性达到了极显著正相关,对于微分光谱,在520-540nm和710-760nm光谱范围内病情指数与光谱反射率的相关性达到了极显著负相关,在570-610nm光谱范围内病情指数与光谱反射率的相关性达到了极显著正相关,并在此基础上建立了水稻穗...
关键词：
水稻 穗颈瘟 高光谱 回归模型 病情指数
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