利用ASD地面非成像光谱仪对小麦条锈病进行了单片病叶及冠层的光谱特征研究。结果表明,健康、发病及处于潜育期的小麦植株在某些特定波段的光谱反射率存在显著差异;并且不同孢子堆密度的小麦单片病叶的反射光谱曲线也存在相应差异;对小麦条锈病冠层光谱的研究发现,在930nm附近,病情指数(y)与冠层光谱反射率(x)的相关性达到了极显著水平,二者之间的回归模型为:y=-2.5173x+1.2217(R2=0.9484)。

通过人工田间诱发不同等级小麦条锈病,在不同生育期测定染病冬小麦冠层光谱及其病情指数(DI)。把冠层光谱一阶微分数据与相应的DI进行相关分析,采用单变量线性和非线性回归技术,建立小麦DI的估测模型,并利用不同品种小麦样本对模型精度进行可靠性检验。结果表明:DI与一阶微分在432~582 nm、637~701 nm以及715~765 nm区域内有极显著相关性,以红边峰值区(725~735 nm)一阶微分总和与绿边峰值区(521~530 nm)一阶微分总和的比值为变量的线性模型估测DI精度最高,且其对小麦品种相对不敏感。上述研究结果对利用高光谱遥感监测农作物病害及其严重程度都具有实际应用价值。

【目的】碳氮代谢反映植株生理状况和生长活力,是小麦籽粒产量与品质形成的生理基础,因而叶片糖氮比的实时无损监测对小麦生长诊断和氮素管理具有重要意义。本研究的主要目的是通过分析小麦叶片糖氮比与冠层高光谱参数的定量关系,确立小麦叶片糖氮比的定量监测模型。【方法】采用不同蛋白质含量的小麦品种在不同施氮水平下进行了连续3年大田试验,于小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定叶片糖氮比值,进而分析建立冠层高光谱参数与叶片糖氮比的回归模型。【结果】小麦叶片糖氮比随施氮水平的提高而下降,随生育进程呈"高-低-高"动态变化模式。利用高光谱对叶片糖氮比进行监测的适宜时期为拔节期至灌浆中期,其中开花期最好。水分特...

【目的】利用2种灌溉处理下不同发育阶段的冬小麦冠层高光谱信息,通过机器学习方法对小麦籽粒产量进行估测精度研究,明确产量最佳估测模型,对于育种工作有着重要应用价值。【方法】以黄淮麦区207个主栽小麦品种为材料,于2018—2019和2019—2020年度连续2个生长季在河南省新乡基地的正常灌溉和节水处理下种植,并调查开花期、灌浆前期和灌浆中期的冠层高光谱数据,分别以6种机器学习方法和集成方法建立光谱指数产量估测模型。【结果】2种灌溉处理下,3个生育期各光谱指数均与产量呈极显著相关(P

【目的】遥感监测小麦条锈病比传统调查方法更省时、省力并能实现大范围实时监测。【方法】田间人工诱发产生不同发病等级的小麦条锈病群体,采用ASD光谱仪的Radiance方式对其冠层光谱进行了测定。通过比较目标和参考板太阳光谱中两个氧吸收波段的Fraunhofer线深,计算植株发射的叶绿素荧光。【结果】760nm处叶绿素荧光与病情指数高度负相关,688nm处叶绿素荧光与病情指数高度正相关。并且随着病情指数的升高,作为反映植物胁迫状态的荧光比值指标F688/F760亦随之增大。另外对单叶相关光合指标测试结果表明,随着病叶严重度水平的升高,SPAD、荧光参数Fv/Fm和Yield以及净光合速率均有不同程...

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...

为构建不同施氮条件下，小麦条锈病病情光谱反演模型，设置了在不同氮素水平条件下接种小麦条锈病，将菌情指数与植被指数、一阶微分参数进行回归分析，构建抽穗期、开花期、灌浆期、乳熟期共５个模型。为了评估施氮量对病情反演模型的影响，在模型中加入氮素因子，模型病情反演预测效果表明，抽穗期模型加入氮素因子后预测效果有所提高，抽穗期的模型１－１（Ｒ２＝０．３９２ ８，Ｐ＝０．００５ ４）、１－２（Ｒ２＝０．４４９ ８，Ｐ＝０．０１１ ３）、２－２（Ｒ２＝０．５７３ ３，Ｐ＝０．００１ ７）预测效果较好且较稳定，开花期、灌浆期、乳熟期模型预测效果不理想。本研究结果表明，可以利用植被指数、一阶微分参数较好反演抽穗．．．

[目的]利用反射率光谱在作物生物物理方面的优势和日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)、光化学反射率指数(photochemical reflectance index,PRI)在光合生理方面的优势,构建协同冠层SIF和PRI光谱指数(synergistic spectral index of SIF and PRI,SISP),旨在提高作物病害遥感探测精度。[方法]基于3FLD(three-bands fraunhofer line discrimination)算法,估测小麦条锈病在不同病情严重度下的单波段SIF强度,利用对作物冠层几何结构敏感的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和重归一化植被指数(re-normalized vegetation index,RDVI)对SIF和PRI进行处理,再利用处理后的SIF和PRI数据构建SISP指数,通过建立传统的光谱指数和SIF、PRI及其组合对小麦条锈病的遥感监测模型,以病情指数(disease index,DI)实测值与预测值之间的决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)评价模型精度,进而与SISP指数建立的模型进行比较,分析SISP指数对作物病害遥感监测的有效性。[结果](1)综合利用SIF和PRI数据能够提高对小麦条锈病的遥感探测精度,3组验证样本数据集中,以PRI和SIF的简单组合PRI+SIF为自变量构建的小麦条锈病监测模型,预测DI值与实测DI值间的R~2比单一PRI和SIF至少提高14.0%和1.7%,RMSE至少降低7.1%和3.7%。(2)利用反射率光谱指数NDVI和RDVI处理后的SIF和PRI构建的SISP指数,对小麦条锈病DI的预测精度优于直接利用PRI和SIF组合的各种指数,验证样本数据集中预测DI值与实测DI值间的R~2至少提高3.7%,RMSE至少降低9%。(3)以SISP和反射率光谱指数为自变量构建的小麦条锈病多元线性回归(multiple linear regression,MLR)和径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFN)模型的精度,高于仅利用反射率光谱指数构建的模型精度,其预测DI值与实测DI值间的R~2分别较反射率光谱指数提高13.42%和5.72%,RMSE分别减少29.93%和19.24%,RPD分别提高44.53%和29.80%。[结论]利用NDVI和RDVI处理后的SIF和PRI构建SISP指数,能够减弱作物群体生物量对冠层SIF和PRI信号的影响,提高小麦条锈病的遥感监测精度。

【背景】快速、准确地估算水稻产量对于肥水精确管理及国家粮食政策的制定至关重要。高光谱与激光雷达遥感作为2种不同的主被动监测技术,为水稻长势信息获取提供了多样化手段。【目的】对比2种遥感监测手段在不同生态点的独立数据集中的验证精度,寻求可移植性强的产量估算模型,对水稻长势监测提供理论与技术支撑,及为精确农业提供科学指导具有重要意义。【方法】本研究通过实施3年(2016—2018年)包含不同地点、不同品种与不同氮素水平的水稻田间试验,在抽穗后各时期同步获取点云数据和光谱数据,结合线性回归与随机森林回归来估算产量,探究抽穗后点云数据与光谱数据估算水稻产量的差异;同时评估产量模型在不同数据集的时空可移植性,寻求可移植性强的产量估算模型。【结果】利用点云数据估算产量的精度(R~2=0.64—0.69)优于光谱数据的估算精度(R~2=0.20—0.58);基于线性回归的产量估算模型,其验证精度明显优于基于随机森林回归的产量模型;产量模型在同一生态点的可移植性更强(不同生态点:RRMSE 16.69%—17.85%;同一生态点:RRMSE 11.37%—12.41%)。【结论】本研究为抽穗后水稻产量监测提供了新的方法和不同遥感手段的性能比较,为收获前作物产量的实时估算提供重要支撑。激光雷达技术凭借其全天候工作的特点,在长江中下游水稻产量实时监测中有着较好的应用前景。

【目的】条锈病对小麦生长和产量造成严重威胁，为确保有效防控，精准监测尤为关键。利用遥感技术构建小麦条锈病估测模型，能快速、准确地估测病情指数（DI），为精准防控提供技术支持。【方法】利用ASD光谱仪获取小麦不同生育期（抽穗期、灌浆期和成熟期）高光谱数据，采用随机森林变量选择（VSURF）方法结合相关性分析（CA）对原始光谱（OR）和一阶微分光谱（FD）进行特征波段筛选。使用随机森林（RF）对比不同数据集的特征波段建模结果，确定模型效果最佳的特征集。随后借助偏最小二乘回归（PLSR）、极致梯度提升（XGBoost）以及反向传播神经网络（BPNN），对比特征集在不同算法中的建模效果。通过对比建模效果，确定针对全生育期小麦条锈病病情指数的最佳估测模型。为了验证特征集在不同生育期中的效果，利用特征集在3个生育期重新构建模型，并对比模型效果。【结果】对不同数据集进行特征筛选，并使用RF构建条锈病DI估测模型，通过比较模型效果，确定VSURF-CA-FD特征集（绿光范围的537 nm以及近红外范围的821和846nm）在RF模型中的估测效果最好。采用RF算法构建的模型表现出优异的精度，R ~2为0.89,RMSE为12.34。这些特征波段在其他算法构建的模型中也展现出良好的精度：XGBoost模型的R ~2为0.87,RMSE为13.15;BPNN模型的R ~2为0.84,RMSE为15.19;PLSR模型的R ~2为0.69,RMSE为20.92。使用不同生育期的冠层微分高光谱数据进行验证，利用VSURF-CA-FD特征集构建RF模型，对比模型发现在小麦生长的早期（抽穗期）R ~2为0.54,RMSE为1.29,NRMSE为0.21，能满足估测病害的要求；小麦生长的中期（灌浆期），模型的R ~2表现较好，R ~2为0.66,RMSE为12.24,NRMSE为0.21；小麦生长晚期（成熟期），模型效果好于前两个时期，R ~2为0.75,RMSE为10.77,NRMSE为0.15。【结论】使用VSURF-CA方法筛选出的特征波段，能构建出对小麦条锈病病情指数具有出色估测效果的RF模型。研究结果可为预测早期和中期条锈病病情指数提供有价值的思路和方法。

冬小麦SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)是评价其健康状况的重要农学参数,传统监测方法效率较低,旨在将田间监测和遥感技术相结合,探讨我国江汉平原地区冬小麦SPAD的遥感监测方法。研究选取湖北省潜江市后湖管理区为研究区域,利用ASD Fieldspec 3地物光谱仪和SPAD-502叶绿素仪在田间采集冬小麦冠层光谱和叶片SPAD,选取4种植被指数与叶片SPAD进行回归分析并构建预测模型。经模型精度检验,NDVI较适合对该地区冬小麦SPAD反演。然后将NDVI-SPAD反演模型与HJ-1卫星影像相结合,进行研究区域的冬小麦SPAD反演,通过比较HJ-1...

油松毛虫对人工油松林造成了严重的危害。据统计，辽宁省油松毛虫的发生面积为１２万ｈｍ２／ａ，年均直接经济损失３４０万元。利用遥感技术特别是高光谱遥感大面积及时监测病虫害是今后林业病虫害监测的发展方向之一。高光谱遥感技术可以为植物叶绿素和含水率等生物化学参数的定量化诊断提供简便、有效以及非破坏性的数据采集和处理方法。本研究采用野外便携式光谱仪测定不同失叶率油松的高光谱反射率数据，使用分光光度计室内测定相应叶片的叶绿素含量，采用烘干法测定叶片含水率。通过计算归一化光谱指数（ＮＤＳＩ）、比值光谱指数（ＲＳＩ）、差值光谱指数（ＤＳＩ）与叶绿素ａ含量、叶绿素ｂ含量、含水率的相关系数，选择相关系数最高的光谱．．．

森林资源的变化对于全球碳循环、气候变化、生物多样性和生态环境有重要影响。及时、准确地获取森林资源变化信息,对于森林经营科学决策与可持续发展具有重要意义。本文对森林资源变化遥感监测技术进行了系统总结与分析,指出了各类方法的优缺点和应用范围,对影响森林资源变化遥感监测结果的因素进行了讨论,并给出了结论和建议。

【目的】研究小麦地上部氮积累量与冠层高光谱参数的定量关系,分析多种高光谱参数估算地上部氮积累量的效果。【方法】连续3年采用不同蛋白质含量的小麦品种在不同施氮水平下进行大田试验,于小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定植株不同器官生物量和氮含量。【结果】植株氮积累量随着施氮水平的提高而增加,不同地力水平间存在明显差异。植株氮积累量的光谱敏感波段主要存在于近红外平台和可见光区,而地上部氮积累量与冠层光谱的相关性明显降低。对植株氮积累量的光谱估算,在不同品种、氮素水平、生育时期和年度间可以使用统一的光谱模型。在籽粒灌浆期间植株氮积累量自开花期随时间进程的积分累积值与对应时期籽粒氮素积累状况存在显...

【目的】森林火灾监测多采用卫星和低空热红外遥感对林火进行识别，准确率高，但受限于硬件性能和成本，对基于无人机的多光谱遥感及不同图像传感器比较的林火监测研究较少。【方法】选定山地树林作为试验对象，根据起火点的明火和阴燃两种状态，结合树冠状态，分为明火有遮挡、明火无遮挡、阴燃有遮挡、阴燃无遮挡等4种林火状态，以无火场景作为对照，开展森林火灾监测试验，利用无人机分别搭载热红外、多光谱、可见光等图像传感器采集林火图像，分别基于随机森林（RF）、支持向量机（SVM）、反向传播神经网络（BP）3种机器学习算法建立林火监测模型，通过准确率（Accuracy）、精度（Precision）、召回率（Recall）和F1-score进行监测模型性能评估。【结果】综合分析，热红外相机和可见光相机基于支持向量机（SVM）的监测模型准确率最高，多光谱相机基于随机森林（RF）的监测模型准确率最高。热红外相机监测准确率高达100%，多光谱相机接近100%，可见光相机达到85%。综合分析，热红外相机监测准确率最高，多光谱相机次之，可见光相机监测性能最差。多光谱相机可在不同林火状态下较好地替代热红外相机进行监测，可见光相机在不同林火状态下均表现出较差的监测效果。【结论】通过使用机器学习算法进行优化，多光谱相机可在林火监测中有效替代热红外相机，可以显著降低监测成本和丰富林火监测技术手段。