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一种估测小麦冠层氮含量的新高光谱指数

生态学报 2011年第21期31卷 6594-6605页

作者：梁亮杨敏华邓凯东张连蓬林卉刘志霄中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 徐州师范大学测绘学院徐州221116 金陵科技学院动物科学与技术学院南京210038 吉首大学生物资源与环境科学学院吉首416000

提出了一种估测小麦冠层氮含量的新高光谱指数———微分归一化氮指数(FD-NDNI)。以FieldSpec Pro FR地物光谱仪采集拔节后至孕穗前小麦的冠层光谱190份,随机抽取142份作为训练集,其余48份作为预测集。将光谱以小波阈值去噪法去噪后,利... 详细信息

提出了一种估测小麦冠层氮含量的新高光谱指数———微分归一化氮指数(FD-NDNI)。以FieldSpec Pro FR地物光谱仪采集拔节后至孕穗前小麦的冠层光谱190份,随机抽取142份作为训练集,其余48份作为预测集。将光谱以小波阈值去噪法去噪后,利用其525、570与730 nm处的一阶导数值,采用差值、比值以及归一化的方法构建了12种光谱指数以实现小麦冠层氮含量的估测,并与mNDVI705、mSR以及NDVI705等22种常用指数进行了比较分析。发现指数FD-NDNI对小麦冠层氮含量的估测结果最佳,其估测模型(指数形式)校正集决定系数(C-R2)与预测集决定系数(P-R2)分别达0.818与0.811,优于mNDVI705等常用指数。进一步分析表明,在各指数中,FD-NDNI对叶面积系数最不敏感,可最有效地避免冠层郁闭度等因素对氮含量估测的影响。为优化结果,采用最小二乘支持向量回归算法(LS-SVR)对模型进行了改进,当模型惩罚系数C与RBF核函数参数g取得最优解6.4与1.6时,其C-R2与P-R2分别提高至0.846与0.838,具有比指数模型更高的精度。结果表明:FD-NDNI是小麦冠层氮含量估测的优选指数,LS-SVR为建模的优选算法。

关键词：高光谱指数小麦氮叶面积指数遥感支持向量回归

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基于高光谱指数的棉花冠层等效水厚度估算

中国农业科学 2019年第24期52卷 4470-4483页

作者：马岩川刘浩陈智芳张凯余轩王景雷孙景生中国农业科学院农田灌溉研究所/农业部作物需水与调控重点开放实验室中国农业科学院研究生院

【目的】建立快速、无损监测棉花冠层等效水厚度(canopy equivalent water thickness,CEWT)的估算模型,进一步提高利用高光谱遥感技术监测棉花CEWT的估算精度。【方法】通过在不同生育期设置灌溉梯度试验,于棉花蕾期和花铃期同步测定冠... 详细信息

【目的】建立快速、无损监测棉花冠层等效水厚度(canopy equivalent water thickness,CEWT)的估算模型,进一步提高利用高光谱遥感技术监测棉花CEWT的估算精度。【方法】通过在不同生育期设置灌溉梯度试验,于棉花蕾期和花铃期同步测定冠层光谱反射率、冠层等效水厚度等信息,综合分析棉花冠层等效水厚度与原始光谱反射率、一阶导数光谱反射率、全波段组合光谱指数、已有光谱指数的相关性,确定蕾期、花铃期及全生育期的最优光谱指数,并通过线性回归构建棉花CEWT的高光谱监测模型。【结果】冠层等效水厚度与原始光谱反射率在近红外波段(NIR)780—1 130 nm和短波红外波段(SWIR)1 450—1 830 nm、1 950—2 450 nm附近均出现连续的敏感波段,一阶导数光谱在NIR波段内对CEWT的敏感程度较原始光谱有所加强,但在SWIR波段内敏感程度弱于原始光谱;利用原始光谱反射率构建的光谱指数与CEWT的相关性强于一阶导数光谱,且比值光谱指数(RSI)较归一化差分光谱指数(NDSI)更适合CEWT的监测。在全生育期内(R1135-5R1494)/R2003对CEWT的反演精度最佳(R2=0.7878,RRMSE=0.1803);在蕾期RSIb(1130,1996)对CEWT的估算效果最好(R2=0.7258,RRMSE=0.1444);在花铃期RSIa(904,1952)是估算CEWT的最优光谱指数(R2=0.7853,RRMSE=0.2454)。【结论】该研究在不同生育阶段内提出的新型高光谱指数均可用于棉花冠层等效水厚度的定量监测,研究结果可为高光谱技术在棉花冠层水分含量监测中的应用提供参考,为棉花精准灌溉提供技术依据。

关键词：高光谱指数棉花冠层等效水厚度估算

基于高光谱指数的水稻砷污染胁迫多重判别模型

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环境科学 2010年第10期31卷 2462-2468页

作者：曹仕刘湘南刘慕霞中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083 湖南民族职业学院岳阳414200

水稻中过量砷(As)能够影响叶片中叶绿素含量、水分含量以及细胞内部结构,进而改变水稻在光谱上的特征表现.以表征叶绿素、水分含量、细胞结构的NDVI、NDWI、SIPI等9种高光谱指数和实测水稻叶片砷含量数据为基础,利用相关分析、主成分分... 详细信息

水稻中过量砷(As)能够影响叶片中叶绿素含量、水分含量以及细胞内部结构,进而改变水稻在光谱上的特征表现.以表征叶绿素、水分含量、细胞结构的NDVI、NDWI、SIPI等9种高光谱指数和实测水稻叶片砷含量数据为基础,利用相关分析、主成分分析和独立变量分析方法,获得诊断指标对水稻砷污染胁迫进行多重光谱判别.结果表明,表征不同生理参数的高光谱指数PSNDa、fWBI、SIPI与水稻叶片砷含量高度相关,可作为砷污染单级光谱诊断参数;主成分因子F1、F2和独立变量因子ICA1、ICA2对水稻砷污染胁迫具有特殊反应,分别作为水稻砷污染胁迫的主成分诊断指标和独立分量诊断指标.综合上述3类诊断参数,构建水稻砷污染胁迫多重判别空间体系即光谱指数诊断空间(PSNDa-fWBI、PSNDa-SIPI、fWBI-SIPI)、主成分诊断空间(F1-F2)和独立变量诊断空间(ICA1-ICA2),从不同层面上综合诊断了实验区水稻砷污染胁迫情况,其中以表征叶绿素和细胞结构的光谱指数空间PSNDa-SIPI与主成分空间F1-F2诊断效果为最佳.

关键词：水稻砷污染高光谱指数诊断空间体系主成分分析(PCA) 独立变量分析(ICA)

基于高光谱指数的林农复合系统小麦冠层氮含量估算研究

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南京林业大学学报（自然科学版） 2015年第3期39卷 91-95页

作者：刘旻帝薛建辉褚军郝虑远金梅娟南京林业大学南方现代林业协同创新中心江苏南京210037 南京林业大学生物与环境学院江苏南京210037 北京师范大学地理学与遥感科学学院北京100875

以杨树-小麦间作系统为研究对象,采用Field Spec Pro FR2500地物光谱仪采集的小麦叶层光谱180份,选取基于单作麦田冠层氮含量估测模型中精度较高的9个指数用于估测林农复合系统中小麦冠层氮的含量,探讨不同水平枯落物覆盖量、林分密度... 详细信息

以杨树-小麦间作系统为研究对象,采用Field Spec Pro FR2500地物光谱仪采集的小麦叶层光谱180份,选取基于单作麦田冠层氮含量估测模型中精度较高的9个指数用于估测林农复合系统中小麦冠层氮的含量,探讨不同水平枯落物覆盖量、林分密度、施肥量条件下小麦叶层氮含量的光谱特征。随机选取116份样本作为训练集基以9个指数分别建立估测模型,其余48份样本作为预测集对估测模型进行适应性检验。结果表明:FDNDNI、SDr-SDb两种指数的P-R2与C-R2达到了0.839、0.777与0.844、0.758,此系统预测杨麦间作系统中小麦叶片冠层的氮含量的精度较高,其余7个指数预测精度不理想。以9个指数所建立的估测模型的精度均低于其对单作麦田氮含量的估测精度。

关键词：高光谱指数小麦叶片氮含量林农复合系统

干旱区典型盐碱土壤含盐量估算的最佳高光谱指数研究

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水土保持通报 2012年第6期32卷 129-133页

作者：蒲智于瑞德尹昌应陆亦农中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆乌鲁木齐830011 新疆农业大学计算机与信息工程学院新疆乌鲁木齐830052 中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011 同济大学测量与国土信息工程系上海200092 新疆师范大学地理系新疆乌鲁木齐830054

盐碱土的表层土壤含盐量是土壤盐碱化程度分级的主要因素之一。对西北干旱区不同含盐量和含水率的典型盐碱土进行了分析,运用统计方法分析了5种高光谱指数与土壤含盐量的定量关系,并通过对比研究,确定了能提高盐碱土壤含盐量估算精度的... 详细信息

盐碱土的表层土壤含盐量是土壤盐碱化程度分级的主要因素之一。对西北干旱区不同含盐量和含水率的典型盐碱土进行了分析,运用统计方法分析了5种高光谱指数与土壤含盐量的定量关系,并通过对比研究,确定了能提高盐碱土壤含盐量估算精度的最佳光谱指数及定量预测模型。结果表明,不同的指数所选择出的对土壤含盐量最敏感的波段基本都位于近红外(NIR)和短波红外波段(SWIR),说明盐类矿物在近红外和短波红外波段(VNIR-SWIR)区域会产生特有的光谱特征。所选定的最佳光谱ND指数结构简单,易于计算,且对土壤中的水分不敏感,该技术对于大面积土壤含盐量制图具有较广的应用前景。

关键词：盐碱土土壤含盐量高光谱高光谱指数

重金属污染对菜豆叶片功能性状和高光谱指数的影响

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北方园艺 2022年第7期 8-15页

作者：崔立星王德辉徐李佳戴小华赣南师范大学生命科学学院江西赣州341000 赣南师范大学地理与环境工程学院江西赣州341000 国家脐橙工程技术研究中心江西赣州341000

以菜豆为试材,采用无土栽培浇灌不同配方营养液的方法,研究了不同重金属胁迫对植物叶片功能性状和高光谱指数的影响,以期为植物重金属胁迫的快速监测提供参考依据。结果表明:重金属胁迫对菜豆叶片功能性状指标和高光谱指数的影响程度不... 详细信息

以菜豆为试材,采用无土栽培浇灌不同配方营养液的方法,研究了不同重金属胁迫对植物叶片功能性状和高光谱指数的影响,以期为植物重金属胁迫的快速监测提供参考依据。结果表明:重金属胁迫对菜豆叶片功能性状指标和高光谱指数的影响程度不同。重金属胁迫显著影响叶片功能性状指标和叶绿素、胡萝卜素相关的高光谱指数,对花青素、水分相关的高光谱指数没有显著影响。锌、铜和镉对叶片功能性状和高光谱指数诸多指标均造成了显著影响,铅和镍主要影响高光谱指数,而铬则主要影响叶片功能性状指标。

关键词：菜豆重金属胁迫叶片功能性状高光谱指数

基于高光谱指数和小波变换的玉米叶片叶绿素含量估测

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基于高光谱指数和小波变换的玉米叶片叶绿素含量估测

作者：唐彧哲内蒙古农业大学

学位级别：硕士

叶片叶绿素含量是评价作物光合作用和指导田间管理的重要指标,实时无损的叶绿素监测对于识别作物健康状况具有重要意义。目前,许多基于高光谱指数和小波函数的经验模型已被开发并用于估测多种作物的叶片叶绿素含量。然而,到目前为止,大... 详细信息

叶片叶绿素含量是评价作物光合作用和指导田间管理的重要指标,实时无损的叶绿素监测对于识别作物健康状况具有重要意义。目前,许多基于高光谱指数和小波函数的经验模型已被开发并用于估测多种作物的叶片叶绿素含量。然而,到目前为止,大多数的研究都集中在敏感波段的提取上,还缺乏高光谱指数算法、小波函数类别和波段优化对提高叶绿素估测精度的综合评价。为了进一步评价这些方法在估测玉米叶片叶绿素含量时的抗干扰能力和敏感性,构建一种普适性和稳定性更强的玉米叶片叶绿素含量估测模型,本研究选择分散波段光谱指数、红边位置算法、形状面积光谱指数和小波变换四类光谱指数算法。在2019至2021年,在内蒙古玉米种植的三个典型区域进行三个不同氮梯度的田间试验,在玉米的四个关键生育时期和三个层位获取叶片光谱反射率和叶绿素含量。首先,分析了生育时期和叶片层位对叶片叶绿素含量及其高光谱特征的影响,发现玉米叶片叶绿素含量的平均值随着生育时期的推进呈现出先增加后降低的趋势,中层叶片含量最高,玉米叶片各个生育时期和层位下的光谱反射率总体趋势一致,叶片叶绿素含量的变化直接影响光谱反射率400-800 nm区域面积的大小。其次,通过计算分散波段光谱指数、红边位置和形状面积指数与叶片叶绿素含量之间的相关性,发现波段优化后的高光谱指数显著提高了估测能力,在分散波段光谱指数中优化红边归一化差值指数(OPT-m ND705)表现最佳(R=0.96);六种红边位置算法中线性外推法(REP-LE)估测精度最高(R=0.95);形状面积光谱指数中优化双峰面积指数(ONDDA)估测效果最好(R=0.96)。与已发表的高光谱指数相比,波段优化使高光谱指数的估测能力提高了6%～76%,但指数算法对高光谱指数的稳定性和敏感波段位置具有一定的影响。随后,基于连续和离散小波函数对叶片光谱反射率进行小波变换同时构建小波特征图谱从而筛选特征波段,发现连续小波变换Mexh函数估测叶片叶绿素含量性能最佳(R=0.96)。最后,利用两个独立试验数据集和PROSPECT-5B模型模拟数据集对基于OPT-m ND705、REP-LE、ONDDA和Mexh的玉米叶片叶绿素含量估测模型进行评价及验证,发现ONDDA指数有着最佳的验证表现,预测值和实测值之间的R和RE%分别为0.92～0.96,5.84%～18.59%。高光谱指数的估测性能和敏感波段的位置都受到算法的极大影响。两个独立数据集和PROSPECT-5B模型的综合评价表明,ONDDA的预测性能最好,ONDDA的敏感波段位于670、720、750 nm。这些发现为玉米叶片叶绿素含量的估测提供了高光谱指数的选择,并为今后在更大区域上诊断玉米叶片叶绿素含量和精准掌握农作物的营养状况提供了重要的理论依据。

关键词：玉米叶片叶绿素含量高光谱指数小波变换

基于高光谱指数的土壤盐渍化遥感监测研究——以平罗县为例

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宁夏工程技术 2019年第1期18卷 91-96页

作者：郭昆明贾科利宁夏大学资源环境学院宁夏银川750021

为建立土壤盐渍化遥感监测模型,以宁夏平罗县为例,通过在野外测定高光谱数据,结合室内土壤样品化学分析结果,分析不同类型盐渍化土壤光谱特征,并对实测土壤光谱数据进行倒数、对数及其一阶微分等变换,确定响应土壤盐分质量分数和pH值的... 详细信息

为建立土壤盐渍化遥感监测模型,以宁夏平罗县为例,通过在野外测定高光谱数据,结合室内土壤样品化学分析结果,分析不同类型盐渍化土壤光谱特征,并对实测土壤光谱数据进行倒数、对数及其一阶微分等变换,确定响应土壤盐分质量分数和pH值的最优波段,最后通过回归分析构建土壤盐渍化监测模型。结果表明:不同类型盐渍化土壤光谱曲线在形态上基本趋于一致,光谱反射率在可见光范围内随波长增长而增大,在近红外波段,增长速度减缓;通过相关分析,确定对数一阶微分变换对应的385.7 nm和原始一阶微分变换对应的1 708.4 nm分别为土壤光谱反射率与土壤盐分质量分数和pH值的最佳特征波段;以高光谱盐分指数(SI2)为自变量,土壤盐分质量分数为因变量,利用二次多项式回归模型建立的预测模型为最优模型,该模型实测值和预测值间拟合系数(R2)为0.673,通过0.01显著性水平检验。

关键词：高光谱指数土壤盐渍化遥感平罗县

毛竹叶片生化组分高光谱指数研究:结合实测与模拟数据集

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三峡生态环境监测 2020年第4期5卷 56-64页

作者：徐宇凌靳佳王权浙江师范大学地理与环境科学学院浙江金华321004 日本静冈大学农学部日本静冈422-8529

毛竹生化组分含量直接影响和制约毛竹生理生态过程。为利用高光谱遥感快速准确获取毛竹生化组分含量,本研究结合实测数据集和PROSPECT辐射传输模型,探讨了毛竹叶片叶绿素含量、等效水厚度和干物质含量的普适性高光谱指数提取方法,提出... 详细信息

毛竹生化组分含量直接影响和制约毛竹生理生态过程。为利用高光谱遥感快速准确获取毛竹生化组分含量,本研究结合实测数据集和PROSPECT辐射传输模型,探讨了毛竹叶片叶绿素含量、等效水厚度和干物质含量的普适性高光谱指数提取方法,提出了毛竹叶片叶绿素含量指数ND(565,2245)、等效水厚度指数D(770,1465)及干物质量指数SR(1425,2300),指数模型估算值与实验室化学分析测量值间的均方根误差(RMSE)分别为3.30μg/cm^2,3.6×10^-4 g/cm^2和5.5×10^-4 g/cm^2。得出的指数可以用于毛竹叶片生化组分的高光谱快速监测,对于实时掌握毛竹生长状态具有重要意义。

关键词：高光谱指数 PROSPECT 叶绿素等效水厚度干物质含量