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Estimation of chlorophyll content in maize canopy using wavelet denoising and SVR method 被引量:4
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作者 Haojie Liu Minzan Li +3 位作者 Junyi Zhang Dehua Gao Hong Sun Liwei Yang 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE EI CAS 2018年第6期132-137,共6页
In order to estimate the chlorophyll content of maize plant non-destructively and rapidly,the research was conducted on maize at the heading stage using spectroscopy technology.The spectral reflectance of maize canopy... In order to estimate the chlorophyll content of maize plant non-destructively and rapidly,the research was conducted on maize at the heading stage using spectroscopy technology.The spectral reflectance of maize canopy was measured and processed following wavelet denoising and multivariate scatter correction(MSC)to reduce the noise influence.Firstly,the signal to noise ratio(SNR)and curve smoothness(CS)were used to evaluate the denoising effect of different wavelet functions and decomposition levels.As a result,the Sym6 wavelet basis function and the 5th level decomposition were determined to denoise the original signal.The MSC method was used to eliminate the scattering effect after denoising.Then three spectral ranges were extracted by interval partial least squares(IPLS)including the 525-549 nm,675-749 nm and 850-874 nm.Finally,the chlorophyll content estimation model was developed by using support vector regression(SVR)method.The calibration Rc2 of the SVR model was 0.831,the RMSEC was 1.3852 mg/L;the validation Rv2 was 0.809,the RMSEP was 0.8664 mg/L.The results show that the SNR and CS indicators can be used to select the parameters for wavelet denoising and model can be used to estimate the chlorophyll content of maize canopy in the field. 展开更多
关键词 maize canopy spectral reflectance wavelet denoising SVR model chlorophyll content
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A novel wavelength selection strategy for chlorophyll prediction by MWPLS and GA 被引量:1
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作者 Haojie Liu Minzan Li +4 位作者 Junyi Zhang Dehua Gao Hong Sun Man Zhang Jingzhu Wu 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE EI CAS 2019年第5期149-155,共7页
The research proposed a novel wavelength selection strategy by the combination of moving window partial least squares(MWPLS)and genetic algorithm(GA)for the chlorophyll content detection of winter wheat canopy using s... The research proposed a novel wavelength selection strategy by the combination of moving window partial least squares(MWPLS)and genetic algorithm(GA)for the chlorophyll content detection of winter wheat canopy using spectroscopy technology.Firstly,the original spectral dataset was pre-processed by wavelet denosing,multiple scatter correction.Then,abnormal data samples were removed by Pauta Criterion and the dataset was divided into modeling set and validation set by SPXY.Finally,the sensitive wavebands were selected using MWPLS method and MWPLS+GA respectively and partial least squares(PLS)models were established for chlorophyll content prediction.For the model established by using all the wavebands in the region of 400-900 nm,its R_(c)^(2) and R_(v)^(2) were 0.4468 and 0.3821 respectively;its modeling root mean square error(RMSEM)and verification root mean square error(RMSEV)were 2.9057 and 1.7589 respectively.For the model established by using 151 wavebands selected by MWPLS,its R_(c)^(2) and R_(v)^(2) were 0.6210 and 0.5901 respectively;its RMSEM and RMSEV were 2.4007 and 1.6408 respectively.For the model established by using 36 wavebands selected by MWPLS+GA,its R_(c)^(2) and R_(v)^(2) were 0.7805 and 0.7497 respectively;its RMSEM and RMSEV were 1.8504 and 1.1315 respectively.The results show that wavelength selection can remove redundant information and improve model performance.The strategy of combining MWPLS with GA has also been proved to work well in selecting sensitive wavebands for chlorophyll content prediction. 展开更多
关键词 MWPLS GA canopy spectral reflectance chlorophyll content prediction
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基于水稻冠层多信息融合的监测褐飞虱种群大小的BP神经网络方法 被引量:1
3
作者 熊志强 王嘉汉 刘向东 《昆虫学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期572-581,共10页
【目的】褐飞虱Nilaparvata lugens种群监测的自动化和智能化尚未实现。本研究旨在探究水稻受褐飞虱危害后冠层光谱和温度以及叶片叶绿素相对含量与为害虫量的关系,建立基于高光谱、热成像和叶绿素等多信息融合的误差反向传播(back prop... 【目的】褐飞虱Nilaparvata lugens种群监测的自动化和智能化尚未实现。本研究旨在探究水稻受褐飞虱危害后冠层光谱和温度以及叶片叶绿素相对含量与为害虫量的关系,建立基于高光谱、热成像和叶绿素等多信息融合的误差反向传播(back propagation,BP)神经网络监测褐飞虱的方法,为田间褐飞虱种群监测向自动化与智能化方向发展提供方法支持。【方法】在可控条件下利用方形塑料框培育水稻,并在分蘖期接入雌雄1∶1配对的不同对数(0,1,2,3,4,5,6和7对)的褐飞虱雌、雄成虫,然后连续多次(接虫后16,27,32,44和60 d时)调查接虫区水稻上褐飞虱虫量(每4穴稻上个体数),并采用高光谱仪和热成像仪分别测定水稻冠层光谱反射率和冠层温度,利用土壤和植物分析仪器开发(soil and plant analyzer development,SPAD)叶绿素仪测定叶片叶绿素的相对含量(SPAD值);采用Pearson相关法分析各测量指标与褐飞虱虫量的相关性;采用多元散射校正对光谱反射率数据进行降噪处理;采用连续投影算法对高光谱反射率数据进行降维和敏感波段筛选;分别以光谱反射率单一信息及其与冠层温度和SPAD值融合后的多源信息为输入量,采用普通和加入粒子群算法优化的BP神经网络建模,构建褐飞虱为害不同时段后种群大小的神经网络监测模型。【结果】褐飞虱为害后水稻冠层光谱在近红外的730-930 nm波段反射率、水稻冠层温度与气温的差值(冠气温差)和叶片的SPAD值均与褐飞虱虫量呈显著负相关。利用连续投影算法筛选出的冠层光谱敏感波段处反射率并降噪后建立的BP神经网络监测5个危害时段褐飞虱虫量的预测集决定系数R^(2)在0.504~0.892之间;融合冠层光谱、冠气温差和叶片SPAD值等多信息建立的BP神经网络监测褐飞虱虫量的预测集R^(2)提升到0.640~0.975;在多源信息基础上再选用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法优化BP神经网络后监测褐飞虱虫量的精度提高,预测集R^(2)提升到0.931~0.991,模型预测效果好。【结论】基于水稻冠层高光谱与热成像和叶片SPAD值等多信息融合的PSO-BP神经网络方法监测褐飞虱虫量的精度高、效果好,有望用于田间褐飞虱种群的自动监测。 展开更多
关键词 褐飞虱 冠层光谱反射率 冠层温度 叶绿素SPAD BP神经网络 粒子群优化
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大豆叶绿素和钾素信息的冠层光谱响应 被引量:34
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作者 乔欣 马旭 +1 位作者 张小超 梁留锁 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期108-111,116,共5页
以大豆为研究对象,结合田间试验,采用反高斯(IG)光学模型拟合红边光谱反射率,一阶微分后得到红边振幅,建立估测叶绿素含量的S函数模型,相关系数达到0.7812。同时,采用连续统去除法提取吸收深度特征参数,运用多元统计回归的方法估算全钾... 以大豆为研究对象,结合田间试验,采用反高斯(IG)光学模型拟合红边光谱反射率,一阶微分后得到红边振幅,建立估测叶绿素含量的S函数模型,相关系数达到0.7812。同时,采用连续统去除法提取吸收深度特征参数,运用多元统计回归的方法估算全钾含量(TK),相关系数达到0.7625。实现了仅用特定波段光谱数据预测作物营养状况的目的,为实现田间在线检测与变量投入提供了理论依据。 展开更多
关键词 大豆 叶绿素 钾素 冠层光谱
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不同氮肥水平下大豆叶片光谱反射率与叶绿素含量的相关性研究 被引量:16
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作者 申晓慧 姜成 +3 位作者 张敬涛 刘婧琦 赵桂范 冯鹏 《大豆科学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期73-75,80,共4页
用Unispec光谱分析仪和SPAD-502叶绿素仪测定不同生育时期不同氮肥水平大豆叶片光谱反射率及叶绿素含量,并分析了光谱植被指数与叶绿素含量的相关性。结果表明:不施氮肥处理光谱反射率高于施氮处理,随着施氮量的增加,大豆叶片光谱反射... 用Unispec光谱分析仪和SPAD-502叶绿素仪测定不同生育时期不同氮肥水平大豆叶片光谱反射率及叶绿素含量,并分析了光谱植被指数与叶绿素含量的相关性。结果表明:不施氮肥处理光谱反射率高于施氮处理,随着施氮量的增加,大豆叶片光谱反射率下降,并初步断定结荚期是大豆氮素光谱营养诊断的敏感时期;随着氮肥水平的提高叶绿素含量增加;整个生育时期,除鼓粒期不施氮处理外其它处理的植被指数mND705与叶绿素含量均呈极显著正相关;在花期和结荚期,各处理的mSR705与叶绿素含量呈极显著正相关,PSSRc与叶绿素含量呈极显著负相关。 展开更多
关键词 大豆 光谱反射率 叶绿素含量 植被指数
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不同空间配置套作大豆后期农学参数及光谱特征分析 被引量:17
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作者 杨峰 崔亮 +2 位作者 武晓玲 刘卫国 杨文钰 《中国油料作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期268-272,共5页
以玉米-大豆套作种植模式为研究对象,通过设置不同的大豆行距调整大豆与玉米的空间位置(大豆行距设置为30cm和70cm,即距离玉米行分别为60cm和40cm),研究套作大豆后期(套作玉米收获后)农学参数变化及光谱响应特征。结果表明,由于苗期受... 以玉米-大豆套作种植模式为研究对象,通过设置不同的大豆行距调整大豆与玉米的空间位置(大豆行距设置为30cm和70cm,即距离玉米行分别为60cm和40cm),研究套作大豆后期(套作玉米收获后)农学参数变化及光谱响应特征。结果表明,由于苗期受玉米荫蔽作用,距离玉米行越近,大豆冠层透光率越低,玉米收获后大豆花期(8月10日)生物量、株高、水分含量及叶绿素在不同处理条件下差异明显。玉米收获后直至盛荚期(9月9日)和鼓粒期(10月6日),大豆迅速恢复生长,各农学参数存在差异,但不显著。通过大豆冠层反射率分析,绿峰区域(550nm左右)和近红外区域(760~1 000nm)能够很好地解析大豆叶绿素和水分变化规律。 展开更多
关键词 套作大豆 光谱反射率 叶绿素 水分含量
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净套作下大豆叶绿素密度动态及光谱估测研究 被引量:6
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作者 黄山 杨峰 +5 位作者 张勇 王锐 邓俊才 雍太文 刘卫国 杨文钰 《西北农林科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2016年第5期29-37,共9页
【目的】利用高光谱数据构建一种适合于净作和套作群体的大豆叶绿素密度光谱估测通用模型,为监测以叶绿素密度为参数的净、套作大豆长势提供支撑。【方法】以南豆12为供试大豆品种,设计净作和套作2种种植模式,测定净、套作下大豆不同生... 【目的】利用高光谱数据构建一种适合于净作和套作群体的大豆叶绿素密度光谱估测通用模型,为监测以叶绿素密度为参数的净、套作大豆长势提供支撑。【方法】以南豆12为供试大豆品种,设计净作和套作2种种植模式,测定净、套作下大豆不同生育时期叶绿素密度及其冠层光谱特征,对通过原始、全波段导数光谱和多波段组合计算的植被指数与叶绿素密度进行相关性分析,比较不同高光谱特征参数与叶绿素密度之间的关系,借助高光谱遥感分析方法构建适合于净、套作下大豆叶绿素密度的估测模型。【结果】净作和套作大豆叶绿素密度在整个生育期呈先上升后下降的单峰曲线,在结荚期达到最大值,其中净作比套作平均高5.5%。同样,大豆冠层光谱反射率在近红外波段(700~1 000nm)也呈现先增后降趋势,结荚期最高,达到70%,并在结荚期之前红边位置出现红移现象。原始光谱自由组合的比值植被指数RVI(507/697)与叶绿素密度的相关性最高,相关系数大于0.962(P〈0.01)。对净、套作下大豆叶绿素密度模型进行比较分析,发现二次模型能够较好地估测净、套作下大豆叶绿素密度(R2〉0.75,RMSE=0.25)。【结论】用比值植被指数RVI(507/697)构建的叶绿素密度二次估测模型,能够较好地对净、套作下大豆叶绿素密度进行估测。 展开更多
关键词 叶绿素密度 光谱估测模型 冠层光谱 光谱反射率 光谱参数
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反射光谱技术在监测大豆叶片光化学效率和水分状况中的应用 被引量:3
8
作者 薛忠财 高辉远 《大豆科学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期436-441,共6页
干旱胁迫在我国大豆主产区频繁发生,对大豆产量造成了严重影响。因此,为建立有效的旱情监测指标,采用反射光谱技术监测了野生大豆和栽培大豆离体叶片在失水过程中相对含水量和叶绿素荧光的变化。结果表明:在失水过程中,野生大豆和栽培... 干旱胁迫在我国大豆主产区频繁发生,对大豆产量造成了严重影响。因此,为建立有效的旱情监测指标,采用反射光谱技术监测了野生大豆和栽培大豆离体叶片在失水过程中相对含水量和叶绿素荧光的变化。结果表明:在失水过程中,野生大豆和栽培大豆离体叶片的相对含水量(RWC)、水分指数(WI)、光化学反射指数(PRI)、最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(ФPSII)都随失水时间的增加而降低,且WI、PRI、Fv/Fm和ФPSII均与RWC呈显著相关,PRI可以很好地反映Fv/Fm和ФPSII的变化。同时野生大豆和栽培大豆离体叶片在可见光波段(500~750 nm)的反射率随着失水时间的增加而升高,在近红外区(750~1 000 nm)的反射率则呈现"升高-降低-升高"的趋势。总之,利用反射光谱技术可以快速、准确地反映大豆叶片在失水过程中光化学效率和水分状况的变化。 展开更多
关键词 大豆 光化学反射指数 反射光谱 水分指数 失水 叶绿素荧光
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不同生育期核桃树冠层叶绿素含量高光谱估算研究 被引量:4
9
作者 王鑫梅 张劲松 +2 位作者 孟平 汪贵斌 孙圣 《河北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期63-71,共9页
无损、实时、精准地对核桃树冠层叶绿素含量进行高光谱估算,对核桃树生长监测、营养诊断具有重要的指导意义。本研究以连续2年测定126棵核桃树不同生育期冠层光谱反射率及叶绿素含量,分析果实膨大期、果实硬核期、油脂转化期和果实成熟... 无损、实时、精准地对核桃树冠层叶绿素含量进行高光谱估算,对核桃树生长监测、营养诊断具有重要的指导意义。本研究以连续2年测定126棵核桃树不同生育期冠层光谱反射率及叶绿素含量,分析果实膨大期、果实硬核期、油脂转化期和果实成熟期4个生育期冠层光谱变化规律及叶绿素含量变化特征;在冠层光谱反射率400~1 000 nm范围内计算任意两波段组合生成的RVI、DVI和NDVI指数与各生育期冠层叶绿素含量的相关性,确定各生育期最佳敏感波段组合;基于RVI、DVI和NDVI指数构建不同生育期冠层叶绿素含量估算模型,并用第2年监测数据对估算模型进行精度验证。结果表明:(1)核桃树冠层叶绿素含量随着生育期的推进,呈现先增加后降低的趋势,各生育期叶绿素含量的变异系数和标准偏差存在明显差异,冠层叶绿素含量在油脂转化期最大,果实膨大期最小;(2)从果实膨大期到果实成熟期,在可见光波段冠层光谱反射率与冠层叶绿素含量呈负相关关系,在760~1 000 nm的近红外波段由负相关变为正相关;(3)基于两波段组合生成的RVI、DVI和NDVI指数均在油脂转化期与叶绿素含量相关性最大,估算模型拟合效果更好,且精度更高。其中,RVI指数构建的模型在核桃树中后期估算精度较高,前期较低;DVI指数构建的模型在核桃早中期估算精度较高,后期较低;而基于NDVI指数构建的估算模型,在各生育期对叶绿素含量的估算效果均最为理想,验证精度最高。因此,基于两波段组合生成的NDVI指数构建的估算模型,适用于核桃树整个生育期冠层叶绿素含量的估算研究。 展开更多
关键词 核桃 生育期 冠层叶绿素含量 光谱反射率 估算模型
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