基于高光谱成像技术的结球甘蓝叶片水分监测

作     者：宋忠厅 王帅 李增 李建设 王继涛 曹云娥 SONG Zhong-ting;WANG Shuai;LI Zeng;LI Jian-she;WANG Ji-tao;CAO Yun-e

作者机构：宁夏大学葡萄酒与园艺学院银川750021 宁夏回族自治区园艺技术推广站银川750011 

出 版 物：《西南农业学报》 (Southwest China Journal of Agricultural Sciences)

年 卷 期：2024年第37卷第5期

页      面：1131-1140页

学科分类：082804[工学-农业电气化与自动化] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2021YFD1600300) 六盘山区冷凉蔬菜产业关键技术集成研究与应用示范(2021YFD1600302) 

主　　题：高光谱 结球甘蓝 叶片含水量 建模分析 精准灌溉 

摘      要：【目的】实现对结球甘蓝叶片含水量的无损检测,为结球甘蓝田间水分管理提供参考依据。【方法】在结球甘蓝的整个生长季设置23.33 L/株(CK)、11.33 L/株(W1)、15.33 L/株(W2)、19.33 L/株(W3)、27.33 L/株(W4)、28.33 L/株(W5)共6个灌水量处理,收集结球甘蓝莲座期和结球期各99个结球甘蓝叶片样本光谱数据,采用卷积平滑法(Savitzky-Golay)、移动平均法(Moving average)、归一化法(Normalization)和多元散射矫正(Multiple scattering correction)进行预处理,连续投影算法(Successive project-ion algorithm)进行特征提取,多元线性回归模型(Multiple linear regression)进行建模。【结果】在波段400~1000 nm,不同灌水量的结球甘蓝叶片含水量模型的预测精度差异明显。经过预处理的原始光谱建立的预测模型精度均有一定程度提高,其中Savitzky-Golay预处理效果最好。特征提取方法提高了光谱数据质量和准确性;在结球甘蓝莲座期和结球期优选出连续投影算法进行特征波段提取最佳,分别筛选出5和6个特征波长,2个时期筛选出的特征波长基本都在一定的水分敏感波段范围。在结球甘蓝莲座期和结球期,通过多元线性回归建模方法建立的结球甘蓝叶片含水量预测模型都取得了比主成分回归和偏最小二乘回归更高的预测精度;多元线性回归模型的校正集相关系数和均方根误差在莲座期为0.8927和0.8757,在结球期为0.9167和0.9014。【结论】高光谱技术可成功监测结球甘蓝叶片在不同生育期的含水量,为农田水分管理提供依据,为精准灌溉提供技术支撑。