利用Landsat TM遥感数据监测冬小麦开花期主要长势参数

为精准农业技术体系中的小麦农艺处方管理决策提供详尽的全局性信息,该文以2007-2009年试验实测数据为基础,以Landsat TM影像为遥感数据源,分析了试验样点开花期冬小麦主要长势参数与品质和产量间以及与卫星遥感变量间的相关性,分别建立及评价了TM影像遥感变量监测冬小麦开花期SPAD值、生物量、叶面积指数和叶片氮含量的模型。结果表明:冬小麦开花期,选用作物氮反射指数、近红外波段反射率和归一化植被指数这些遥感变量分别反演冬小麦SPAD值、生物量、叶面积指数和叶片氮含量是可行的;SPAD值、生物量、叶面积指数和叶片氮含量遥感监测模型的精度较高,均方根误差分别为3.12、216.5kg/hm2、0.269和0.162,以此为基础,制作出具有实际农学意义的冬小麦开花期不同等级SPAD值、生物量、叶面积指数和叶片氮含量遥感监测专题图,实现了主要长势参数空间分布量化表达。基于卫星影像的农田面状信息获取技术克服了点状信息的不足,为农业生产管理决策及时提供信息支持,使该研究技术更利于大面积应用和推广。

夏玉米叶片全氮、叶绿素及叶面积指数的光谱响应研究

在夏玉米的不同生长阶段,测定冠层光谱,结合农学参数 LTN、CHL.C、CHL.D、LAI ,研究了农学参数的光谱响应规律及其与冠层光谱参量 反射率R、一阶微分光谱R′和红边位置REP 的相关性,并建立预测数学模型,结果表明,拔节-抽雄期,伴随着植株生长和群体壮大,红边斜率缓慢增加,红边位置呈逐渐偏向长波方向的 红移 ,至抽雄期群体稳定后而停止;开花-乳熟期,随着个体衰老和群体减弱,红边斜率减小,红边位置又呈偏向短波方向的 蓝移 .利用一阶微分光谱和红边位置推算夏玉米冠层CHL.D不仅是可行的,而且反演精度较高,最适模型分别为指数 R2=0.9487 和抛物线 R2=0.9392 .

夏玉米叶面积指数的高光谱遥感植被指数法研究

通过不同品种夏玉米在不同供氮水平下的田间试验,测定夏玉米冠层在不同时期的光谱反射率及对应的群体叶面积指数(LAI),综合分析10个常见光谱植被指数与夏玉米LAI的相关性及预测性。结果表明,光谱植被指数的预测性在夏玉米喇叭口-吐丝期最佳,预测性主要依赖于LAI的整体变化,结合不同品种、不同生育时期和氮肥处理的试验资料对其预测性进行检验,说明光谱植被指数能准确地预测LAI。尤其是近红外与绿光波段的比值(R810/R560)与LAI呈显著的指数关系,不受品种类别、生育时期和氮肥水平的影响,回归模型为LAI=0 765e0 2637R810/R560。利用样本A和B对R810/R560的预测性进行综合检验,表明模拟值与实测值之间符合度较高,平均R2=0 9573 ,估算的平均RMSE为0 0365,精确度和准确度平均值分别为95 63%和98 47%。

基于Landsat TM影像的冬小麦拔节期主要长势参数遥感监测

【目的】强化冬小麦长势遥感监测机制,为田间生产管理提供信息支撑。【方法】以2007—2009年试验实测数据为基础,以Landsat TM影像为数据源,分析试验样点拔节期冬小麦主要长势参数与品质、产量以及卫星遥感变量间的相关性,分别建立及评价了TM影像遥感变量监测冬小麦拔节期叶面积指数(LAI)、生物量、SPAD值和叶片氮含量(LNC)的模型。【结果】冬小麦拔节期,选用中红外波段的反射率(B5)、归一化植被指数(NDVI)、DSW5和绿波段的反射率(B2)等遥感变量分别反演冬小麦的SPAD值、生物量、LAI和LNC是可行的;SPAD值、生物量、LAI和LNC遥感监测模型的精度较高,以此为基础,制作出了具有实际农学意义的冬小麦拔节期不同等级SPAD值、生物量、LAI和LNC遥感监测专题图,实现了主要长势参数空间分布量化表达。【结论】研究结果可为广大农学家、农业部门决策者和田间管理人员提供及时的农情信息。

不同条件下夏玉米冠层反射光谱响应特性的研究

通过对两个年份不同生育阶段的田间夏玉米活体进行冠层反射光谱测定,该文分析了不同空间尺度、种植密度、观测角度、生育阶段、叶面积指数LAI、氮素胁迫、叶片含水量以及与杂草共生等8个条件下的冠层反射光谱响应特性,并探讨其发生机理,研究结果表明,夏玉米在不同条件下的冠层反射光谱响应均呈现出一定的规律性。在近红外波段,其反射率值随氮肥施用量的增加而增大,尤以750～1350nm波段,但在可见光波段,反射率值降低;随着观测探头的逐步升高,反射率值降低;随杂草量的增多,反射率值逐渐增大。这些结果揭示了高光谱遥感田间夏玉米理化信息获取的巨大潜力,同时,为以后遥感反演建模提供了依据。

水稻氮素营养高光谱遥感诊断模型

对水稻氮素含量与原始光谱反射率、一阶微分光谱以及高光谱特征参数间的相关性进行了分析,并构建和验证了以遥感参数为自变量的水稻氮素营养诊断模型.结果表明:氮素含量在水稻各器官中总的变化趋势为茎<鞘<穗<叶;各器官在可见光波段的光谱反射能力为叶<穗<鞘<茎,在近红外波段则与此相反.以波长796.7nm处的光谱反射率和738.4nm处的一阶微分光谱反射率为自变量的线性模型和指数模型的决定系数(R2)分别为0.7996和0.8606,二者均能较好地诊断水稻氮素营养,但最适合诊断水稻氮素含量的拟合模型是以植被指数的归一化变量(SDr-SDb)/(SDr+SDb)为自变量构建的水稻氮素营养高光谱遥感诊断模型[y=365.871+639.323(SDr-SDb)/(SDr+SDb),R2=0.8755,RMSE=0.2372,相对误差=11.36%],该模型可定量诊断水稻氮素营养.

运用光谱技术改进Beer-Lambert定律的定量化及其应用研究

运用简便、快捷的无损测试提供的归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)方法,对 Beer-Lambert 定律进行定量化改进,构建了以 NDVI 为自变量的 LAI 预测模型,并采用不同年份、不同株型的玉米数据对其改进结果进行检验。结果表明,当生长 55 d 时,叶向值(LOV)显著不同的 3 种株型的 NDVI、LAI 和消光系数 K 的差异均最大;披散型(LOV≤30°)NDVI 饱和点的出现较中间型和紧凑型为早;利用 NDVI 改进 Beer-Lambert 定律的定量预测模型能够敏感反映植株冠层结构参数的动态变化,且最适用于紧凑型品种。随着玉米育种目标更偏向培育偏紧凑型品种,其改进结果在育种栽培实际中更有利用价值。

基于TM和PLS的冬小麦籽粒蛋白质含量预测

为进一步提高遥感预测冬小麦籽粒蛋白质含量精度,分析了卫星遥感变量与冬小麦籽粒蛋白质含量间的定量关系,运用偏最小二乘法构建了遥感预测籽粒蛋白质含量模型,制作了冬小麦籽粒蛋白质含量空间等级分布图,结果表明,该模型的最佳主成分数为5,且归一化植被指数、冠层结构不敏感色素指数、比值植被指数、氮反射指数和植被衰减指数为预测籽粒蛋白质含量的敏感变量;籽粒蛋白质含量预测的均方根误差为0.307%,决定系数为0.642,为提高遥感预测小麦品质的精度提供了一种有效途径,有利于大面积应用和推广。

不同氮素水平下夏玉米冠层光辐射特征的研究

对不同氮素水平(0、7.5和15 g·m-2)下3个夏玉米品种的群体光辐射特征进行了研究.结果表明:叶面积指数(LAI)随生育进程呈抛物线单峰变化,且生长约55 d时各氮肥处理的LAI值及其差异性达到最大;平均叶簇倾斜角(MLIA)在抽雄期达到最大且随施氮量的增加而变小;散射辐射透过系数(TCDP)和直接辐射透过系数(TCRP)随生育进程和施氮量增加均呈递减的趋势,TCRP随天顶角增加呈先增后减的趋势,以37.5°时最大;消光系数在抽雄期最小,且随天顶角增大而增大,随施氮量的变化因生长期而异;叶片分布(LD)值随生育进程和施氮量呈增加趋势,随方位角增大呈先增后减的趋势,以180°～270°最大.此结果为实现夏玉米冠层结构改良和高产、稳产目标奠定了基础.

利用高光谱植被指数监测紧凑型玉米叶绿素荧光参数F_v/F_m

为进一步评价遥感监测紧凑型玉米叶绿素荧光参数Fv/Fm的可行性,通过开展小区紧凑型玉米试验,分析紧凑型玉米整个生育期Fv/Fm与高光谱植被指数的相关关系,建立紧凑型玉米Fv/Fm高光谱监测模型。结果表明,紧凑型玉米Fv/Fm与选取的高光谱植被指数均呈极显著正相关,其中结构敏感色素指数(SIPI)与Fv/Fm的相关性最好,相关系数(r)为0.88。用SIPI建立紧凑型玉米Fv/Fm的监测模型,其决定系数(R2)为0.812 6,均方根误差(RMSE)为0.082。研究表明,利用高光谱植被指数可以有效地监测紧凑型玉米整个生育期的Fv/Fm。

高光谱遥感在植被理化信息提取中的应用动态

概述了高光谱遥感信息的处理方法,综述和总结了高光谱遥感在植被生物物理和生物化学信息提取等方面的应用及国内外研究进展,阐述了植被指数应用的可行性,在此基础上指出高光谱遥感在提取植被信息过程中存在的问题及其发展前景。

利用遥感红边参数估算夏玉米农学参数的可行性分析

分析夏玉米农学参数、红边参数以及两者之间的相关性,结果表明:可利用红边位置(REP)来反演叶片绿度值(SPAD),利用归一化的吸收深度(ND672)、吸收特征面积(Area672)和红边宽度(Lwidth)来分别反演叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b以及叶绿素a/b含量;利用一阶微分光谱最大值(FD_Max)和Area672来反演类胡萝卜素含量和类胡萝卜素含量/叶绿素a含量.从而,构建了以红边参数为自变量的农学参数的反演模型,为生产上利用遥感技术大区域,无破坏、实时快速地监测夏玉米的生长状况以及进行营养诊断提供了重要的技术依据.

不同株型夏玉米群体冠层反射光谱特征及其应用研究

比较不同株型夏玉米在不同时期的反射光谱差异性,研究分析了红边位置(λred)、红边振幅(Dλred)、最小振幅(Dλmin)及Dλred/Dλmin与叶片全氮含量(LTN),叶绿素含量(Chl)及叶面积指数(LAI)间的相关性,并建立预测模型。结果表明,光谱差异随生育进程呈不同程度的规律性变化。在全生育期,用Dλred/Dλmin能更好地推算LTN,尤其在吐丝期,在开花前用Dλred也佳,在拔节期和喇叭口期用λred也有较高的精度。估算Chl时,在开花前用Dλred较可靠,在喇叭口期和抽雄期用λred也可考虑。估算LAI时,抽雄期后用Dλred推算有较高的可信度,在抽雄期用λred较好,在开花期和吐丝期用Dλred/Dλmin推算更为可靠。

基于红边参数的夏玉米长势监测及其营养诊断研究

分析了夏玉米各组分含量、红边参数以及两者间的相关性。结果表明,可利用FD-Max反演叶面积指数,利用Depth672反演茎秆全N含量,利用Lwidth反演叶片全N含量、叶片和茎秆的含水量以及可溶性糖含量。构建了以红边参数为自变量的各组分的反演模型,对反演模型预测性分析表明,利用上述红边参数预测农学组分是可行的。

水稻叶片营养的光谱诊断研究

通过测定不同氮肥水平下2个水稻品种的叶片营养数据和光谱数据,分析了遥感参量与叶片营养参数间的相关性。结果表明:在400~1 250 nm波段,叶片光谱反射率与SPAD、CHL呈显著负相关;在720~1 000 nm和1 450~1 500 nm波段,叶片光谱透射率与LWC间呈显著正相关;在400~650 nm波段,叶片光谱吸收率与CHL、SPAD和CAR呈显著正相关;分别构建了以NDVI、NDWI、GreenNDVI和NRI为自变量、叶片营养为因变量的光谱诊断模型,经检验,模型预测性较好,尤其利用NDWI(860,1 240)诊断LWC具有相对最大R2、最小RMSE和最小RE,表明此模型预测能力最强。

小麦籽粒品质遥感预测研究综述

介绍了小麦籽粒品质的定义、划分标准及评价指标,概括了利用遥感技术预测小麦籽粒品质的生理机制及国内外研究进展,分析和总结了该研究的存在问题,并对其研究前景进行了展望。

基于多时相和多角度光谱信息的作物株型遥感识别初探

作物群体具有一定的冠层几何结构(株型),对于不同株型的品种,在相同的叶面积指数时冠层反射光谱往往不同,使得利用冠层反射光谱来反演叶面积指数等生物物理和生物化学参数时存在不同株型产生的误差,该文定量研究了不同叶面积指数条件下,作物株型对冠层反射光谱的影响,并提出运用波长800nm处起身期的冠层反射光谱与该波长处拔节期和起身期冠层反射光谱的比值,可以初步实现高密度披散型品种、低密度披散型品种、高密度中间型品种、低密度中间型品种、高密度直立型品种和低密度直立型品种的遥感识别,结合一定条件下选取的15°、30°和45°观测天顶角下,与可见光和近红外波段(波长)处的二向反射冠层反射光谱数值大小进行结合,可以初步实现作物株型的遥感识别。

基于灰度关联分析的冬小麦叶片含水量高光谱估测

尝试应用灰色关联分析方法(GRA)分析典型的水分植被指数(WVI)和水分含量(LWC)间的关联度,然后选择对冬小麦叶片水含量敏感的指数,比较SRM-PLS(逐步回归-偏最小二乘)方法和PLS方法估算LWC的精度。首先,对冬小麦WVI与LWC进行灰色关联分析,筛选出对冬小麦LWC敏感的WVI;其次,利用筛选出的敏感WVI,分别用PLS-SRM方法和PLS两种方式估算冬小麦LWC;然后对两种方式进行比较,选择最高决定系数(R2)和最小均方根误差(RMSE)的LWC估算模型来估算冬小麦LWC。结果表明:在整个生育期用PLS和PLS-SRM方法估算LWC,R2和RMSE分别为0.605和0.575,4.75%和7.35%。研究表明:先使用GRA对WVI和LWC进行关联度分析,再用PLS或PLS-SRM方法可以提高冬小麦的LWC估算精度。

基于多时相中巴资源卫星影像的冬小麦分类精度

中巴资源卫星2号星(CBERS-02)具有较高的空间分辨率和较丰富的光谱信息,对植被有较强的探测能力.利用2006—2007年北京地区冬小麦生育期早期的5景CBERS-02卫星影像,计算了各时相和不同时相组合的主要地物类型及冬小麦的光谱可分性距离,进行了监督分类,同时,结合高分辨率航空和卫星遥感影像,构建了训练样本和验证样本,对利用CBERS-02卫星提取的生育早期的冬小麦进行了时相分析和精度评价,并与同期TM影像提取结果进行对比.结果表明:时相是影响冬小麦分类的主要因素,不同光学传感器的遥感影像也会影响分类精度;多时相组合有利于提高冬小麦的提取精度,与单时相冬小麦提取的最高精度相比,最佳时相组合的制图精度提高了20.0%、用户精度提高了7.83%;与TM数据相比,CBERS-02卫星影像的冬小麦分类精度略低.

玉米叶片纤维素含量与冠层光谱特征的研究

以株型相近的高赖氨酸玉米“中单9409”、粮饲兼用型玉米“中原单32”和高油玉米“高油115”为供试材料,研究了不同生育时期和冠层中不同高度叶片中纤维素、半纤维素含量的差异及其冠层水平的光谱响应。结果表明:在相同栽培密度和施肥水平下,不同品玉米品种叶片的纤维素、半纤维素含量存在差异,其中以中、上层叶片相差较大,不同品种间同层叶片纤维素含量相差可达34.9%,下层叶片相差较小。通过对同步获取的冠层近红外光谱与叶片中纤维素、半纤维素含量进行相关分析,分别筛选出1420、1450、1490、2100和2270 nm可作为反演纤维素含量的特征波长;而2270、2280和2340nm可作为反演半纤维素含量的特征波长,达到了显著或极显著水平。