利用高光谱反射率预测枸杞叶片氮素含量

为实现枸杞氮素含量的快速无损监测,以“宁杞7号”为研究对象,同步测定枸杞叶片光谱反射率与叶片氮素含量,选用快速傅里叶变换(FFT)对测定的枸杞叶片光谱进行平滑滤波处理,并获取原始光谱(OS)。采用一阶微分、二阶微分及连续统去除法对原始光谱进行变换处理,获取枸杞叶片一阶微分光谱(FDS)、二阶微分光谱(SDS)及连续统去除光谱(CRS),将原始光谱及3种变式光谱分别与叶片氮素含量进行相关性分析,进而筛选出敏感波长,并构建预测枸杞叶片氮素含量的随机森林回归模型(RFRM)和多元线性回归模型(MLRM)。结果表明,基于3种变换光谱构建的RFRM和MLRM的预测精度均优于基于OS构建的模型;其中:基于FDS构建的模型预测效果最优,其次为基于SDS和基于CRS构建的模型,基于OS构建的模型预测精度最差。同时表明,RFRM的拟合度均优于MLRM,基于原始光谱OS、一阶微分光谱FDS、二阶微分光谱SDS和连续统去除光谱CRS构建的RFRM,同MLRM相比,其模型拟合度分别提高0.258、0.259、0.275和0.291,RMSE分别降低0.044、0.054、0.059、0.076,MAE分别降低0.045、0.043、0.066、0.059。基于FFT+FDS组合方法下筛选的敏感波长构建的RFRM,其建模数据集的拟合度、RMSE和MAE分别为0.897、0.071和0.058,检验数据集的决定系数、RMSE和MAE分别为0.689、0.129和0.102,模型具有良好的精度和稳定性,可作为枸杞叶片氮素的高光谱估测方法。

油菜叶片和冠层水平氮素含量的高光谱反射率估算模型

通过设计实验首先确定是否可以用油菜叶片反射率光谱预测其氮素含量,以及是否可以用预测的光谱特征值与氮素含量建立相关模型。实验结果表明,反射率光谱的转化形式R的一阶微分为预测油菜氮素含量的最佳形式,最佳波段选择与其他研究结果相似。短波红外光谱波段能较好预测氮素含量,但是选择的高相关性短波红外区域一般都较窄,因此可用高光谱和高辐射分辨率来准确描述油菜光谱特征。短波红外反射率的变化主要是由于植被化学信号的改变而引起的。直接太阳辐射率、观测设备、叶片振动以及大气湿度的细微变化都可能引起光谱一阶微分的变化。冠层反射率一阶微分R′建立的逐步回归模型拟合度较高。

基于高光谱反射率的藻类水体基线荧光峰高度与叶绿素α浓度关系研究

采用现场实测和室内培养两种方式测定了甲藻、赤潮异弯藻、叉角藻赤潮和新月菱形藻、海洋蓝绿藻、叉鞭金藻、塔胞藻、扁藻和小球藻等非赤潮藻类光谱曲线。采用度量太阳激发的叶绿素荧光峰高度的基线荧光高度法，建立了不同藻类基线荧光高度与叶绿素浓度的关系。基线荧光高度法所用的3个荧光高度波段分别为665nm、680nm和865nm。在采用线性方程对不同藻类水体基线荧光高度与叶绿素浓度进行回归分析时，不同藻类产生了明显不同的结果。其中赤潮异弯藻、海洋蓝绿藻和甲藻为负相关，其余为正相关。在正相关的藻类中，小球藻最低，为0．4692。结果偏差主要来自于两个方面：一是藻类荧光峰位置变化影响；二是浮游植物红光和近红外波段高反射率的影响。

叶面施肥对草坪高光谱反射率及色泽的影响

色泽是草坪外观质量重要的评价指标之一,叶绿素水平是影响草坪色泽的重要因素。对4种草坪高羊茅、草地早熟禾、普通狗牙根和匍匐翦股颖进行叶面喷施氮肥、铁肥试验,研究草坪反射光谱特征与叶绿素密度的相关性。结果显示,施用氮肥或氮肥+铁肥显著提高草坪草叶绿素密度,降低可见光区光谱反射率;草坪可见光区光谱反射率与叶绿素密度呈显著负相关,其中绿波段反射率R531与叶绿素密度具有最大相关系数(r=-0.855);通过逐步回归分析,得出了由绿波段R531和R562构建的反演叶绿素密度和评价草坪色泽的回归方程,且预测值与实测值相关性达极显著水平。

基于高光谱反射率的糜子冠层叶片叶绿素含量估算

连续两年大田试验研究不同糜子品种叶绿素含量与冠层光谱反射率,并基于不同植被指数建立糜子叶片叶绿素含量的估测模型。结果表明,参试糜子品种叶绿素含量在整个生育期呈现"低-高-低"的抛物线变化趋势,最大值出现在抽穗期到开花期之间;不同品种各生育期内冠层光谱反射率趋势一致,在近红外波段,冠层光谱反射率与叶绿素含量呈稳定正相关,灌浆初期光谱反射率达到最大值;可见光波段,拔节期、开花期和灌浆初期冠层光谱反射率与冠层叶绿素含量呈正相关,成熟期呈负相关;糜子冠层叶绿素含量与760~900、630~690、550 nm波段组合的植被指数具有较高相关性;基于RVI、PSNDb、GNDVI750能较好地建立糜子叶绿素含量统一检测模型,决定系数分别为0.791、0.779、0.748;模型验证的相对误差分别为9.58%、8.93%、11.80%;均方根误差分别为0.045、0.140、0.196。表明利用RVI、PSNDb、GNDVI750建立的模型能较为准确地预测糜子冠层叶绿素含量。

油茶籽脂肪酸成分含量与高光谱反射率的相关性

测定来自不同产地的30个油茶籽样品的油酸、亚油酸、棕榈酸含量和高光谱反射率，分析油茶籽高光谱反射率与脂肪酸含量间的相关关系。结果显示，与油茶籽脂肪酸成分含量相关性比较好的高光谱波段主要分布在400～500、600～630nm以及900am左右，且敏感波段区高光谱反射率与脂肪酸成分含量的相关系数均在0．4以上。

胡杨条形叶和卵形叶类胡萝卜素含量与高光谱反射率的相关性研究

研究了胡杨两种叶形叶片的类胡萝卜素含量与高光谱反射率的相关性。2009年5月～9月在塔里木河上游逐月测定了生长季节期胡杨条形叶和卵形叶393～1 095 nm波长范围内高光谱反射率以及类胡萝卜素含量（单位：mg/g Fw和mg/g Dw）和密度（mg/m2叶面积）,并进行了相关分析。结果表明,胡杨条形叶类胡萝卜素含量在0.34～0.37 mg/g Fw,0.66～0.77 mg/g Dw,和78.13～105.25 mg.m-2之间,卵形叶含量在0.24～0.39 mg/g Fw,0.52～0.73 mg/g Dw,和70.17～102.93 mg.m-2之间,且随季节而变化。不同月份,条形叶和卵形叶的类胡萝卜素含量、密度与不同波长高光谱反射率的相关性之间既有正相关也有负相关。其中,卵形叶类胡萝卜素含量（鲜基）与高光谱反射率在9月份时757 nm处的负相关性最强（相关系数为-0.582）;条形叶类胡萝卜素密度与高光谱反射率在6月份时862 nm处的负相关性最强（相关系数为-0.430）。胡杨叶片类胡萝卜素与光谱反射率之间的相关性极为复杂,相关系数值受到季节、叶形、类胡萝卜素含量的表示单位和光谱波长的影响。

不同品种核桃叶片含水量与高光谱反射率的相关性差异分析

[目的]探究不同品种核桃(Juglans regia L.)叶片含水量与叶片高光谱反射特征的相关性,分析品种间差异,为核桃叶片水分的准确诊断提供参考。[方法]本研究以5个不同品种的核桃叶片为研究对象,测定了脱水过程中叶片水分含量及其同步反射光谱响应曲线,分析并对比了不同品种核桃叶片含水量与光谱反射率的相关关系,探讨了核桃叶片水分敏感波段的品种间差异。[结果]表明:(1)不同品种核桃叶片的构成物质与叶片结构相似,在叶绿素和水分含量上存在差异;(2)核桃叶片含水量与叶片反射率的相关关系不受水分表征量的影响,在621~703、1244~2500 nm范围内各品种核桃叶片含水量与反射率均呈显著相关关系(p<0.05);(3)在704~1243 nm范围内,不同品种核桃叶片具有不同的水分敏感波段,各品种间差异明显。[结论]不同品种核桃叶片含水量与高光谱反射率的相关关系在704~1243 nm范围内具有明显的品种间差异。

基于表面反射率的赤潮卫星荧光线高度算法比较

采用现场实测和室内培养两种方式测定了甲藻、赤潮异弯藻和叉角藻等赤潮藻以及新月菱形藻、海洋蓝绿藻、叉鞭金藻、塔胞藻、扁藻和小球藻等非赤潮藻类光谱曲线。采用的各卫星(MERIS，GLI，MODIS)的荧光波段数据按照其中心波长，从实际测定的高光谱反射率曲线提取而来，并按照荧光高度的计算公式得到其荧光高度。同时，采用统计分析方法建立荧光高度与叶绿素浓度的关系。10种藻类水体的荧光线高度与叶绿素α的回归分析结果显示了良好的线性关系，但部分藻种出现了负相关的结果。因为在高叶绿素浓度即赤潮条件下，浮游植物在荧光波段(685nm附近)和近红外波段(700～750nm)复杂的光谱行为，使得采用星载遥感器的叶绿素荧光波段探测某些藻类的赤潮时会出现偏差。同时，由于不同藻类的荧光高度与叶绿素浓度的关系也不一致，本文建议针对单独的赤潮种类应建立特定的荧光算法。相关问题还需要在实测的基础上进行更深入的研究。

黄土高原不同种植密度下春小麦冠层和叶片高光谱反射特征

2006年4—8月,通过大田试验,测定了7个密度梯度下3个品种的春小麦冠层、叶片在不同生育期的高光谱反射率。结果表明:孕穗期,不同密度的春小麦冠层和叶片光谱差异明显,波形相似,其冠层光谱反射率在可见光区随密度增大降低,在近红外区反射率随密度增加升高;乳熟期,不同种植密度春小麦冠层光谱在可见光区的差异比近红外区小;不同密度的叶片光谱在可见光区和近红外区的变化在不同生育期表现出一致性,但随密度变化的规律性不明显;不同生育期的冠层光谱表现为乳熟期的反射率高于孕穗期;叶片光谱表现为乳熟期较孕穗期在近红外光区反射率大大降低;不同品种春小麦的冠层和叶片光谱存在一定差异;孕穗期,不同品种的冠层光谱在可见光区差异较小,差别主要表现在短波红外和近红外区;成熟期,不同品种冠层光谱的差异小;不同品种叶片光谱在近红外区的差异显著;春小麦红边存在双峰现象,从孕穗期到乳熟期,红边位置蓝移,红边幅值降低,红边面积减小;红边幅值的变化可用于估产,红边位置的变动可指示生育阶段。

干旱胁迫对3种冷季型草坪草光谱反射率及生理特征的影响

为探讨高光谱分析技术在草坪草水分监测上的应用,以草地早熟禾、高羊茅、多年生黑麦草为试验材料,测定了干旱胁迫下3种冷季型草坪草生理指标及光谱反射率。结果表明:随着干旱胁迫程度的加深,供试草坪草叶片相对含水量和叶绿素含量显著下降(P<0.05),丙二醛含量、脯氨酸含量及敏感波段的(550和760 nm)的光谱反射率显著上升(P<0.05),3种草坪草抗旱性能的强弱顺序为:高羊茅>多年生黑麦草>草地早熟禾。3种草坪草敏感波段光谱反射率(R_(550 nm),R_(760 nm))及高光谱参数(Rg,R0,GNDVI)与生理指标间呈显著或极显著相关,以R_(550 nm)与生理指标间的相关系数绝对值最大。同时R_(550 nm)构建了供试草坪草生理指标的估测模型,经检验,模型估测值与实测值相关性达显著或极显著水平。

基于高光谱技术的场地土壤重金属污染快速调查研究

为了准确预测场地土壤重金属分布状况,实现土壤重金属污染快速调查,以某废弃助剂厂填埋区土壤为研究对象,基于高光谱数据,利用单变量回归模型、偏最小二乘回归模型和支持向量机模型估算土壤重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg的含量。结果表明,土壤光谱反射率与各重金属含量均呈负相关;偏最小二乘回归模型和支持向量机模型对8种重金属的预测精度均优于单变量回归模型,偏最小二乘回归模型为Cd、Pb、Cr和Ni的最佳估算模型,支持向量机模型为Cu、As、Zn和Hg的最佳预测模型;研究区土壤重金属反演结果在趋势上与实验室分析结果基本一致,高值区和极值点分布亦较为吻合,能够圈定存在重金属污染风险的区域,同时提供技术支撑,实现场地土壤重金属污染的快速调查。

水稻、玉米、棉花的高光谱及其红边特征比较

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叶重之间都呈极显著相关 ,但与地上鲜生物量和地上干生物量相关性有差异 ;叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素含量与其光谱红边位置λr 之间都呈极显著相关 ,但与红边参数Dλr、Sr

玉米叶片氮含量的高光谱估算及其品种差异

准确、快速、及时地对玉米氮营养状况做出判断是氮肥合理施用的基础。该研究在水培条件下对3个玉米品种(组合)叶片氮含量(LNC)的高光谱敏感波段、估算模型及其品种差异进行了探讨。结果表明,LNC与不同波段叶片光谱反射率的相关性存在品种差异,但3个品种(组合)都在500～649nm和691～730nm表现极显著的负相关关系,并在同一波长获得最高的相关系数,说明可以利用统一的波段来预测不同品种的LNC。依品种建立了LNC与归一化差值光谱指数(NDSI)或比值光谱指数(RSI)的定量关系模型,NDSI(714,554)和RSI(714,554)所建模型的拟合度最好,直线和指数模型拟合度均达到极显著水平,可以用来估算玉米LNC。玉米LNC估算中,以该品种数据所建模型的估算偏差最低,利用综合模型或其他品种模型则加大了估算偏差,高估与低估的最高偏差分别为35.6%和32.7%。在利用高光谱技术进行玉米氮营养状况诊断的研究及应用中,应考虑品种间差异。

水稻成熟过程中高光谱与叶绿素、类胡萝卜素的变化规律研究

通过大田和室内试验 ,测定了 2个品种、3个供氮水平处理的水稻冠层、主茎剑叶、完全展开倒三叶和穗在成熟过程中的不同时期的高光谱反射率及对应叶片和穗的叶绿素、类胡萝卜素含量。结果表明 :不同供氮水平的水稻冠层和叶片光谱差异明显 ,其叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量随供氮水平的提高而增大 ;冠层光谱反射率随发育期推移在可见光范围内逐渐增大 ,在近红外区域逐渐降低 ;穗光谱的红边位置象冠层、叶片光谱一样也存在“蓝移”现象 ;叶片叶绿素、类胡萝卜素含量和高光谱植被指数VI1(R990 /R553 )、VI2 (R12 0 0 /R553 )、VI3 (R750 /R553 )、VI4(R670 /R440 )和VI5 (R553 /R670 )呈S形变化规律 ;叶片和穗的高光谱植被指数VI1、VI2、VI3、VI4、VI5、PRVI、PSSRa、PSNDa和λred与其叶绿素、类胡萝卜素含量之间存在极显著相关。这表明能用高光谱方法来估算水稻叶片和穗的叶绿素、类胡萝卜素含量 ,它为水稻品质遥感监测提供依据。

水稻不同发育时期高光谱与叶绿素和类胡萝卜素的变化规律

通过大田和室内试验 ,测定了 2个品种、3个供氮水平处理的水稻冠层、完全展开倒 1叶、倒 3叶和穗在不同发育时期的高光谱反射率及对应叶片和穗的叶绿素、类胡萝卜素含量。结果表明 ,不同供氮水平的水稻冠层和叶片光谱差异明显 ,冠层光谱反射率随发育期推迟 ,抽穗前在可见光范围逐渐降低、在近红外区域逐渐增大 ,抽穗后在可见光范围逐渐增大 ,在近红外区域逐渐降低 ;抽穗后 ,冠层、叶片和穗光谱的红边位置存在“蓝移”现象 ;叶片叶绿素、类胡萝卜素含量呈S形变化 ;高光谱植被指数R990 /R553、R1 2 0 0 /R553、R750 /R553、R553/R6 70 、R80 0 /R553、R80 0 /R6 80 、(R80 0 -R6 80 ) / (R80 0 +R6 80 ) [R为反射率 ,下标为对应波长值 (nm) ]和红边位置λred与叶绿素、类胡萝卜素含量之间存在极显著相关 ,说明能用它们来估算水稻冠层、叶片和穗的叶绿素、类胡萝卜素含量。

上海城市植被光谱反射特征分析

地物光谱特征是遥感机理的重要内容,也是遥感应用研究的重要依据。城市植被作为城市中重要的生命支持系统,对于维持城市生态系统平衡起着核心的作用。文章以上海城市植被为研究对象,利用美国ASD公司生产的FieldSpec3便携式地物波谱仪,通过对2009年10月金边黄杨,金丝桃,圆柏,麦冬,珊瑚树,小叶黄杨等野外和室内光谱数据采集和处理,获得了这6种城市植被的高光谱数据。采用Savitzky Go-lay平滑方法进行光谱噪声去除和利用微分光谱技术进行植被环境背景影响消除,分别从植被冠层光谱和叶片光谱以及微分光谱,对这6种城市植被的光谱特征以及光谱曲线的差异和变化规律进行分析。可为今后进一步研究城市植被理化性能、参数反演、植被分类、植被调查以及城市环境监测等遥感应用服务。

玉米叶片高光谱特征及与叶绿素、类胡萝卜素相关性的研究

测定了不同品种类型、不同株型、不同发育期的春玉米叶片及其它器官、不同叶位叶片及叶片不同部位的高光谱反射率和叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量。结果表明,玉米不同鲜器官的反射率随波长的变化趋势相似,但数值存在较大差异;不同叶位的叶片、不同品种同一叶位的叶片、叶片的不同部位的光谱反射率有差异;叶片光谱反射率随含水率减少而升高,它们的变化趋势相似;叶片叶绿素和类胡萝卜素浓度与光谱植被指数R800/R550、R673/R640、PSSRa、PSNDa、RCh、CARI、λred、Dλred和Sred具有极显著相关。说明可以通过光谱方法来监测玉米长势和估算叶绿素、类胡萝卜素含量。

棉花高光谱及其红边特征(I)

通过大田和室内试验,测定了2个品种的棉花冠层、完全展开倒1、3叶在不同时期的高光谱反射率及对应叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量。结果表明:随发育期推移,棉花冠层光谱反射率在可见光范围降低,在近红外区域增高;叶片背面光谱反射率略高于正面,透射率小于反射率;叶面积指数、鲜叶重和干叶重与冠层反射光谱变量ρ800 ρ550、ρ800 ρ680、ρ680 ρ570之间存在显著相关;叶片叶绿素和类胡萝卜素浓度与其反射光谱变量ρ680 ρ570、ρ673 ρ640、ρ680 ρ550、PSSRa、PSNDa、RCh之间也呈显著相关。

利用水稻成熟期冠层高光谱数据进行估产研究

通过大田小区试验 ,测定了 2个品种、3个供氮水平处理的水稻抽穗后不同时期冠层的高光谱反射率、叶面积指数及理论产量和实际产量。结果表明 ,抽穗后水稻冠层光谱反射率随发育期推移在可见光范围逐渐增大 ,在近红外区域逐渐减小 ;理论产量、实际产量与差值植被指数R12 0 0 R680 、R990 R680 、R80 0 R680 、R12 0 0 R550 、R990 R550 、R80 0 R550 、R12 0 0 R440 、R990 R440 、R80 0 R440 、红边幅值Dλred及红边面积Sred之间存在极显著相关 ,与叶面积指数之间也存在极显著相关。这说明可以用高光谱遥感方法进行水稻估产 ,其中以高光谱植被指数R990 R440 和R12 0 0 R440 的估产效果最佳 ,最高精度可达95 %。