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基于改进哈里斯鹰优化算法的光谱特征波段选择模型研究 被引量:5
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作者 鲍浩 张艳 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期148-157,共10页
特征波段选择是近红外光谱分析的关键步骤之一,有效的特征波段选择能提高建模效率与模型性能。传统的特征波段选择算法存在运行时间长、选择特征冗余的缺陷,在实际工程应用中难以达到期望的效果。哈里斯鹰优化(HHO)算法具有原理简单、... 特征波段选择是近红外光谱分析的关键步骤之一,有效的特征波段选择能提高建模效率与模型性能。传统的特征波段选择算法存在运行时间长、选择特征冗余的缺陷,在实际工程应用中难以达到期望的效果。哈里斯鹰优化(HHO)算法具有原理简单、参数少的优点,但同时也存在收敛精度低且易陷入局部最优的不足。在HHO算法的基础上提出了一种基于改进哈里斯鹰优化(IHHO)算法的近红外光谱特征波段选择模型。针对HHO算法只能用于求解连续空间的优化问题,采用离散化策略对HHO算法进行修正,使其能求解离散形式的特征波段选择问题;考虑到HHO算法初始种群的质量差,使用混沌映射、反向学习提高初始种群的质量,以增强算法的全局探索能力;由于HHO算法在局部搜索时的收敛精度低,提出了新的猎物能量衰减模型与跳跃策略,以进一步增强算法在局部搜索时的寻优能力;为避免算法在寻优过程中落入局部最优,借鉴了遗传算法的变异方式对HHO算法进行扰动。使用竞争性自适应重加权采样法(CARS)、连续投影算法(SPA)、粒子群优化(PSO)算法、遗传算法(GA)、 HHO算法与IHHO算法进行比较,并以4个定性分析近红外光谱数据集与2个定量分析近红外光谱数据集分别建立了支持向量机(SVM)识别模型和偏最小二乘回归(PLSR)模型。在定性分析实验中,IHHO算法得到的平均准确率相对于全波段时分别提高了0.83%、 9.55%、 17.65%以及0%,平均特征波段数仅占全波段的9.97%、 2.59%、 1.36%以及0.59%。在定量分析实验中,IHHO算法得到的平均决定系数分别较全波段提高了10.57%、 1.47%、 4.41%、 3.66%以及3.06%,平均均方根误差分别较全波段较低了0.162、 1.266 3、 1.868、 1.869 4以及0.408 4,平均特征波段数仅占全波段的9.24%、 10.53%、 6.54%、 6.91%以及7.14%。实验结果表明,IHHO算法在选择特征波段时能够去冗余,针对性选择最重要的特征波段,其性能均优于比较的几种算法。IHHO算法具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 近红外光谱分析 特征波段选择 哈里斯鹰优化算法 支持向量机 偏最小二乘回归
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基于多核模糊粗糙集与蝗虫优化算法的高光谱波段选择 被引量:5
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作者 张伍 陈红梅 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2020年第5期1425-1430,共6页
波段选择能有效减少高光谱数据的空间冗余,为后续分类提供有效的支持。多核模糊粗糙集模型能够对包含不确定性的数值数据进行分析和近似描述,而蝗虫优化算法对优化问题求解具有较强的探索和开发能力,因而将多核模糊粗糙集模型引入高光... 波段选择能有效减少高光谱数据的空间冗余,为后续分类提供有效的支持。多核模糊粗糙集模型能够对包含不确定性的数值数据进行分析和近似描述,而蝗虫优化算法对优化问题求解具有较强的探索和开发能力,因而将多核模糊粗糙集模型引入高光谱的不确定性分析建模中,采用蝗虫优化算法对波段子集进行选择,提出了一种基于多核模糊粗糙集与蝗虫优化算法的高光谱波段选择算法。首先,使用多核算子来进行相似性度量,提高模型对数据分布的适应性。定义基于核模糊粗糙集的波段相关性度量,通过模糊粗糙集中不同像素点地物上的下近似分布来度量波段之间的相关性。然后,综合考虑波段依赖度、波段信息熵、波段间相关性来定义波段子集的适应度函数。最后,在常用高光谱数据集Indiana Pines农业区上,采用J48和K近邻(KNN)作为分类算法,把所提算法与波段相关性分析(BCA)、标准化互信息(NMI)算法进行分类性能比较。实验结果表明,在选取较少波段个数时,所提算法的总体平均分类精度提高了2.46和1.54个百分点。 展开更多
关键词 光谱遥感图像 波段选择 模糊粗糙集 多核算子 蝗虫优化算法 信息熵
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基于去除土壤效应的烤烟叶面积指数及烟碱含量的无人机高光谱监测研究 被引量:2
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作者 蒋薇 严定春 +5 位作者 李栋 孙伟超 薛博文 程涛 李军营 汤亮 《南京农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1230-1240,共11页
[目的]土壤背景在无人机遥感监测中存在干扰作用,本文旨在对烟草长势和品质无人机高光谱监测进行去土壤效应的研究。[方法]通过实施2个品种、4个施氮水平互作处理的烤烟田间试验,利用无人机平台搭载的高光谱相机获取大田关键生育期的烤... [目的]土壤背景在无人机遥感监测中存在干扰作用,本文旨在对烟草长势和品质无人机高光谱监测进行去土壤效应的研究。[方法]通过实施2个品种、4个施氮水平互作处理的烤烟田间试验,利用无人机平台搭载的高光谱相机获取大田关键生育期的烤烟冠层反射光谱数据,并分别使用土壤植被组分光谱分解(3SV)算法与植被指数阈值法去除土壤效应后的各小区平均光谱,利用植被指数优化算法进行全生育期烤烟叶面积指数和烟碱含量的高光谱监测模型构建。[结果]在使用3SV算法后,波段组合与烟叶烟碱相关关系较高的区域分布在λ1:450~500 nm和λ2:580~660 nm组合以及λ1:630~670 nm和λ2:680~700 nm;波段组合与叶面积指数相关关系较高的区域分布于λ1:730~770 nm和λ2:750~800 nm组合以及λ1:510~600 nm和λ2:680~700 nm。基于3SV算法的烟叶烟碱含量与叶面积指数监测模型验证精度均较植被指数阈值算法处理后有不同程度提高,‘云烟87’烟碱的模型验证决定系数R 2从0.64提高到0.88,RMSE从0.71%降低至0.29%,效果最为明显。利用3SV算法与波段优化算法,筛选出与‘云烟87’和‘K326’叶面积指数关系最佳的指数分别为NDLI_(515,691)和NDLI_(764,799);与‘云烟87’和‘K326’烟碱含量关系最佳的指数分别为NDNI_(450,658)和NDNI_(456,654),并建立了适用于监测大田生育期的叶面积指数与叶片烟碱含量的模型。[结论]通过比较不同去除土壤背景算法,发现3SV算法提高了烟草叶面积指数与烟碱监测模型的精度,为无人机高光谱大面积监测烟草长势与品质提供了技术支持。 展开更多
关键词 3SV算法 植被指数阈值法 无人机高光谱 光谱指数波段优化算法 烤烟 土壤背景
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波段比算法结合高光谱图像技术检测柑橘果锈 被引量:48
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作者 蔡健荣 王建黑 +1 位作者 陈全胜 赵杰文 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期127-131,共5页
为克服柑橘表面不平整导致光线反射不均匀的影响,研究提出了波段比算法,使高光谱图像技术能够快速有效地检测柑橘果锈。首先根据Sheffield指数(SI)确定最佳波段(625nm和717nm),经比值变换后得到第一幅比值图像;然后选取特征波长625nm的... 为克服柑橘表面不平整导致光线反射不均匀的影响,研究提出了波段比算法,使高光谱图像技术能够快速有效地检测柑橘果锈。首先根据Sheffield指数(SI)确定最佳波段(625nm和717nm),经比值变换后得到第一幅比值图像;然后选取特征波长625nm的邻近波段(621nm),与其比值变换后得到第二幅比值图像,提取轮廓,构建掩膜以消除第一幅比值图像的背景噪声,最后进行阈值分割和数字形态学运算,完成果锈区域的特征检测。试验结果表明,基于波段比算法的高光谱图像技术可有效检测柑橘果锈,检测率达到92%。研究表明波段比算法在高光谱图像技术快速无损地检测柑橘果锈中,能够有效地降低光照反射不均匀的影响,增强谱间差异,提高检测的精度。 展开更多
关键词 光谱图像 波段算法 无损检测 Sheffield指数 果锈 柑橘
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基于优化光谱指数的牧草生物量估算 被引量:18
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作者 安海波 李斐 +1 位作者 赵萌莉 刘亚俊 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期3155-3160,共6页
牧草生物量是天然和人工草场产出的一个重要指标,能直接反映牧草的长势,它的实时监测是制定合理的草地管理和放牧制度的前提。然而,传统的样方法费时、费力很难满足草地生物量监测的实时性要求。近年来,随着高光谱遥感的发展,为草地的... 牧草生物量是天然和人工草场产出的一个重要指标,能直接反映牧草的长势,它的实时监测是制定合理的草地管理和放牧制度的前提。然而,传统的样方法费时、费力很难满足草地生物量监测的实时性要求。近年来,随着高光谱遥感的发展,为草地的快速、无损的监测提供了可能。通过对内蒙古天然和人工草地生物量及其冠层光谱数据分析,探讨了不同类型光谱指数在估算牧草生物量的鲁棒性。研究表明,由于冠层结构和生物量的影响,不同类型草地冠层的光谱反射存在巨大的差异,从而使现有光谱指数对天然草地和不同品种人工草地牧草生物量的预测能力存在显著的差异(R2=0.00~0.65)。在荒漠草原低生物量的条件下,受土壤背景影响不同光谱指数预测能力较小,而在青贮玉米高生物量条件下,基于红光的光谱指数容易发生饱和失去敏感性。把不同草地类型的数据结合后进行简单比率和归一化窄波段光谱指数的波段优化,与出版的光谱指数相比优化后的归一化光谱指数(normalized difference spectral index,NDSI)显著提高了牧草生物量的预测能力,预测生物量模型的决定系数最高(R2=0.72)。敏感性分析进一步证明了基于波段优化算法的优化光谱指数NDSI,(ration spectral index,RSI)有最低的噪声,从而能更好的预测牧草生物量。波段优化算法可以有效提高遥感估算草地牧草生物量的精度,光谱指数及其优化波段的选择会直接影响模型的预测能力。 展开更多
关键词 优化算法 牧草 生物量 光谱指数
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结合APO算法的高光谱图像波段选择 被引量:10
6
作者 王立国 魏芳洁 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期100-106,共7页
提出了结合拟态物理学优化(APO)算法的高光谱图像波段选择方法.该方法中采用了类间可分性和波段组合的信息量两个主要性能指标的权重组合作为适应度函数.此外,在波段选择之前对高光谱图像进行了子空间划分,使得最优解中的波段间相关性较... 提出了结合拟态物理学优化(APO)算法的高光谱图像波段选择方法.该方法中采用了类间可分性和波段组合的信息量两个主要性能指标的权重组合作为适应度函数.此外,在波段选择之前对高光谱图像进行了子空间划分,使得最优解中的波段间相关性较小,冗余度低.利用AVIRIS图像对提出的算法与经典算法中蚁群算法、遗传算法和粒子群算法进行实验,实验结果证明了本文算法较经典算法在所选波段性能和计算耗时方面都获得令人满意的效果. 展开更多
关键词 光谱图像 波段选择 拟态物理学优化算法 适应度函数
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机器学习的IBBCEAS光谱反演波段优化
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作者 凌六一 黄友锐 +3 位作者 王成军 胡仁志 李昂 谢品华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1869-1873,共5页
非相干宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)利用高精密谐振腔增强吸收光程,实现对痕量气体的高灵敏探测。目前,IBBCEAS技术主要采用发光二极管(LED)作为非相干光源。当谐振腔镜片反射率曲线与带宽有限的LED辐射谱不能很好匹配时,光谱反演... 非相干宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)利用高精密谐振腔增强吸收光程,实现对痕量气体的高灵敏探测。目前,IBBCEAS技术主要采用发光二极管(LED)作为非相干光源。当谐振腔镜片反射率曲线与带宽有限的LED辐射谱不能很好匹配时,光谱反演波段选择不当可能会对被测气体浓度拟合结果产生较大偏差。以定量探测大气NO_(2)浓度为例,分析了IBBCEAS光谱反演波段对NO_(2)拟合结果的影响,发现当反演波段宽度窄到一定程度后,NO_(2)浓度拟合相对误差会迅速增加。为此,提出了一种基于RBF神经网络结合遗传算法的机器学习IBBCEAS光谱反演波段优化方法,以使浓度拟合误差达到最小。在430~480 nm待选波段内,选择各种宽度和中心波长的子波段作为反演波段,分别进行NO_(2)浓度拟合,以此获得435个样本数据,并将样本数据按照4∶1比例分成学习样本和测试样本,分别用于RBF神经网络学习训练和测试,得到输入参数“反演波段的起始波长与截止波长”与输出参数“浓度拟合相对误差”之间的非线性映射关系。使用遗传算法搜索最优反演波段,将反演波段的起始波长和截止波长组合进行个体编码,随机产生若干个体形成种群。以RBF神经网络的输出(即浓度拟合相对误差)作为个体适应度,经过多代种群进化过程后,获得适应度最优个体,即获得最优反演波段。在种群规模为100个体,种群进化最大代数为100的情况下,当种群进化第61代时,最优个体出现,对应的最优适应度为3.584%,最优反演波段为445.78~479.44 nm。选择相同带宽的其他4个典型反演波段,与最优反演波段下的NO_(2)拟合结果进行了对比。结果显示,在最优反演波段下,无论是拟合误差、相对拟合误差还是拟合残差标准偏差,均低于其他4个反演波段,光谱拟合质量达到最优。结果表明,利用机器学习来确定IBBCEAS最优反演波段是可行的。 展开更多
关键词 非相干宽带腔增强吸收光谱 优化 反演波段 机器学习 遗传算法
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基于优化光谱指数的夏玉米地上生物量估算 被引量:2
8
作者 王涵 张王菲 杨浩 《安徽农业科学》 CAS 2023年第24期5-8,23,共5页
以夏玉米为研究对象,首先获取拔节期、大喇叭口期、抽雄期和灌浆期4个关键生育期的地面高光谱数据,并实测各生育期的地上生物量(AGB);其次基于任意波段组合的波段优化算法,分别构造6种不同波段组合形式的两波段和三波段光谱指数;然后将... 以夏玉米为研究对象,首先获取拔节期、大喇叭口期、抽雄期和灌浆期4个关键生育期的地面高光谱数据,并实测各生育期的地上生物量(AGB);其次基于任意波段组合的波段优化算法,分别构造6种不同波段组合形式的两波段和三波段光谱指数;然后将构造的12种光谱指数与地面实测的AGB进行相关性分析,从中筛选出相关性最好的光谱指数作为最优光谱指数构建夏玉米全生育期的AGB估算模型;最后对最优光谱指数估算夏玉米各关键生育期AGB的性能进行系统评价。结果表明:基于波段优化算法筛选的最优三波段光谱指数TBI6(760,925,895)与夏玉米各生育期和全生育期的AGB均具有良好的相关性,其构建的AGB估算模型具有较高的精度,可为夏玉米全生育期AGB的快速无损估算及AGB监测装置的集成与开发提供参考。 展开更多
关键词 夏玉米 地上生物量 光谱 光谱指数 波段优化算法
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MODIS干旱监测指数结合PSO_RBFNN反演甘肃省胡麻出苗期土壤湿度
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作者 杨慧 李玥 +6 位作者 武凌 吴兵 高玉红 剡斌 周慧 唐洁 赵永伟 《干旱地区农业研究》 北大核心 2025年第1期267-277,共11页
针对目前单一的遥感干旱监测指数难以全面反映作物生长期土壤湿度的动态变化等问题,以甘肃省胡麻出苗期田间土壤相对湿度为研究对象,选取作物形态及绿度、冠层温度、冠层含水量等指标作为遥感干旱监测指数。利用MODIS遥感干旱监测指数... 针对目前单一的遥感干旱监测指数难以全面反映作物生长期土壤湿度的动态变化等问题,以甘肃省胡麻出苗期田间土壤相对湿度为研究对象,选取作物形态及绿度、冠层温度、冠层含水量等指标作为遥感干旱监测指数。利用MODIS遥感干旱监测指数和农田土壤相对湿度实测数据,结合经过粒子群优化的径向基函数神经网络(PSO_RBFNN),构建了农田土壤相对湿度反演模型,并基于BP_NN、RBFNN、PSO_RBFNN人工神经网络和逻辑回归(LR)4种机器学习方法,利用土壤相对湿度实测数据对不同模型反演结果的精度进行了验证和对比分析。结果表明:与其他3种模型相对比,MODIS遥感干旱监测指数与PSO_RBFNN结合反演甘肃省胡麻出苗期的农田土壤相对湿度效果较好;模型对10 cm和20 cm深度土壤相对湿度的反演结果平均精度分别达到89.91%和91.71%。与RBFNN、LR和BP_NN模型相比,PSO_RBFNN模型10 cm土层平均预测精度分别提高8.69个百分点、4.94个百分点、4.76个百分点,20 cm土层平均预测精度分别提高6.91个百分点、6.86个百分点、9.32个百分点。模型回归分析显示,相对于1∶1斜线,PSO_RBFNN模型偏差最小,与10 cm和20 cm深度土壤相对湿度的相关系数分别达到0.68和0.74,说明利用PSO_RBFNN模型反演有效,可为区域农田土壤湿度遥感监测反演提供新的案例借鉴。 展开更多
关键词 遥感 土壤湿度 干旱指数 中分辨率成像光谱 径向基函数神经网络 粒子群优化算法
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优化光谱指数助力机器学习提高马铃薯叶绿素含量反演精度 被引量:3
10
作者 刘楠 李斐 +4 位作者 杨海波 尹航 高飞 贾禹泽 孙智 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1531-1542,共12页
【目的】基于光谱指数的遥感估测方法因计算简单而被用于作物生长实时监测,但在作物生育前期易受土壤背景的影响而后期容易失去灵敏性。随着人工智能的快速发展,利用机器学习算法对叶绿素进行估测成为提高遥感监测精度的普遍接受的方法... 【目的】基于光谱指数的遥感估测方法因计算简单而被用于作物生长实时监测,但在作物生育前期易受土壤背景的影响而后期容易失去灵敏性。随着人工智能的快速发展,利用机器学习算法对叶绿素进行估测成为提高遥感监测精度的普遍接受的方法。然而机器学习算法种类较多,且估测结果与输入变量有很大的关系,本研究选用最常用的偏最小二乘法和随机森林算法,比较不同投入变量对这两个算法马铃薯叶绿素含量估测精度的影响。【方法】2019—2020年,在内蒙古马铃薯主产区进行不同氮素水平田间试验,在马铃薯关键生育时期获取光谱数据和叶绿素值,利用试验数据对光谱指数进行波段优化,寻找叶绿素敏感的优化光谱指数。分别利用全反射光谱波段和优化光谱指数作为输入变量,代入随机森林和偏最小二乘法模型对马铃薯叶绿素含量进行估测,将试验数据分为75%的建模集和25%的验证集,比较模型的精确度,同时对模型进行评价。【结果】光谱指数优化波段主要集中在紫光和绿光范围,基于中心波段408和552 nm的光谱指数Opt-NDVI优化效果最好。通过优化,光谱指数与马铃薯叶绿素含量的相关性显著提高,但是相关性受生育时期影响较大,马铃薯花后生育时期其相关性高于花前生育时期。利用随机森林和偏最小二乘法建模结果表明,与优化光谱指数相比,机器学习模型显著提高了对马铃薯叶绿素含量的估测能力,随机森林和偏最小二乘法模型都具有较高的估测精度。通过验证集数据和PROSAIL物理模型的验证和评价证明,基于优化光谱指数的随机森林模型具有更好的建模能力,实测值与估测值具有良好的线性拟合,且验证效果最好,同时克服了生育时期的影响。【结论】光谱指数的预测能力受生育时期的影响较大,优化光谱指数作为输入变量不仅可有效减少输入变量数量从而提高随机森林算法和偏最小二乘法的计算效率,而且可使预测精度有所提高。基于优化光谱指数的随机森林算法对马铃薯叶绿素含量的估测精度最高,在各生育时期都具有较好的估测能力,克服了生育时期的影响,利用该方法可对马铃薯叶绿素含量进行估测。 展开更多
关键词 叶绿素 光谱指数 波段优化 随机森林 偏最小二乘法
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遗传算法在LED光源光谱匹配技术中的应用 被引量:19
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作者 甘汝婷 郭震宁 +4 位作者 林介本 曾茂进 杨菲菲 颜稳萍 林木川 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期166-171,共6页
为利用单色LED实现CIE-D65标准光源、AM1.5标准太阳光目标光谱的匹配,提出简单遗传算法作为光谱匹配算法,通过求解超定方程组的非负最小二乘解,优化不同峰值波长、峰值波长间隔、半高宽的单色LED匹配光源组合,达到光源光谱匹配的目的.... 为利用单色LED实现CIE-D65标准光源、AM1.5标准太阳光目标光谱的匹配,提出简单遗传算法作为光谱匹配算法,通过求解超定方程组的非负最小二乘解,优化不同峰值波长、峰值波长间隔、半高宽的单色LED匹配光源组合,达到光源光谱匹配的目的.仿真实验表明:该算法拟合的相关指数达0.99以上,模拟光谱与目标光谱基本吻合;匹配光源的峰值波长间隔越小,光谱拟合性越好,但结合工程应用需要,峰值波长要选取适中;所提遗传算法运行速度快、效率高、拟合误差小,可广泛应用于植物照明、医疗照明等特殊照明领域的光谱匹配仿真试验和工程实践. 展开更多
关键词 LED 光谱匹配优化 遗传算法 超定方程组 非负最小二乘解 相关指数 峰值波长
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基于GA-PLS-SPA的辣椒叶片叶绿素含量高光谱估测 被引量:5
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作者 彭俊杰 汪泓 +3 位作者 王宇 肖玖军 李可相 邢丹 《江苏农业科学》 北大核心 2024年第7期184-192,共9页
叶绿素对辣椒的长势评估和营养状况管理具有重要的意义,针对高光谱存在数据量大和冗余度高的问题,探究不同特征选择算法相结合进行高光谱叶绿素含量估测的可行性。以贵州省遵义市栽培辣椒为研究对象,采集盛果期辣椒冠层高光谱数据,通过... 叶绿素对辣椒的长势评估和营养状况管理具有重要的意义,针对高光谱存在数据量大和冗余度高的问题,探究不同特征选择算法相结合进行高光谱叶绿素含量估测的可行性。以贵州省遵义市栽培辣椒为研究对象,采集盛果期辣椒冠层高光谱数据,通过卷积平滑(SG)、一阶微分(FD)、二阶微分(SD)和多元散射校正(MSC)处理原始光谱数据,比较不同预处理方法下的贝叶斯优化随机森林(BO-RF)估测效果,以MSC预处理后的数据为基础,运用遗传偏最小二乘算法结合连续投影算法(GA-PLS-SPA)进行最优特征波段选取,最后以GA-PLS、SPA和GA-PLS-SPA分别选取的特征波段作为输入变量,建立BO-RF、RF和BP神经网络模型来验证GA-PLS-SPA的普适性和广泛性。结果表明,MSC相比其他预处理方法对叶绿素含量的反演效果最好;相同估测模型条件下,基于GA-PLS-SPA建立的估测模型精度最高,选取特征波段数量最少,为7个,GA-PLS-SPA-BO-RF是估测叶绿素含量的最佳模型,训练集的R^(2)、RMSE和RPD分别为0.896、2.791和3.124,测试集的R^(2)、RMSE和RPD分别为0.913、2.965和3.414;相同算法建模条件下,BO-RF的精度明显高于RF和BP神经网络。MSC处理后的光谱能极大程度提取出辣椒叶片的叶绿素信息,GA-PLS-SPA能有效实现特征波段选取,降低模型复杂度,BO-RF具有良好的叶绿素含量反演能力。 展开更多
关键词 辣椒 叶绿素 光谱波段选择 遗传偏最小二乘算法 连续投影算法 贝叶斯优化随机森林
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高光谱波段筛选技术在小麦含水率反演中的应用 被引量:2
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作者 吴剑飞 《南方农机》 2022年第8期23-27,共5页
近年来,高光谱遥感技术日渐成熟,人工智能和机器学习技术逐渐应用于农作物生化参量反演领域,传统的人工测量农作物长势、叶片含水率和叶绿素含量等逐渐由自动化、智能化机器所替代,该技术在农作物叶片含水率反演方面发挥了重要作用,但... 近年来,高光谱遥感技术日渐成熟,人工智能和机器学习技术逐渐应用于农作物生化参量反演领域,传统的人工测量农作物长势、叶片含水率和叶绿素含量等逐渐由自动化、智能化机器所替代,该技术在农作物叶片含水率反演方面发挥了重要作用,但仍有一定局限性。目前,限制高光谱技术主要应用于农作物生化参量反演中高光谱波段数较多、冗余度高的问题。笔者参考国内外学者提出各种筛选敏感波段的方法,以灌浆期小麦叶片高光谱数据和叶片含水率(Leaf Water Content,LWC)为对象,就目前较为热门和有效的差值植被指数法、归一化植被指数法、比值植被指数法、竞争性自适应重加权采样算法(CARS)、连续投影法(SPA)和随机蛙跳算法(Random Frog,RF)等方法进行对比分析。研究结果表明:可从等势图和算法运行过程得出,波段筛选方法获取的波段组合,与小麦叶片含水率有高相关性和较低的均方根误差,均能在一定程度上优化高光谱遥感技术在反演农作物生化参量上的应用。 展开更多
关键词 光谱 波段光谱指数 连续投影法 随机蛙跳算法 竞争性自适应重加权采样算法
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基于机器学习算法的干旱区绿洲地上生物量估算 被引量:8
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作者 王雪梅 杨雪峰 +2 位作者 赵枫 安柏耸 黄晓宇 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期1007-1015,共9页
植被地上生物量是反映陆地生态系统固碳能力的重要指标,利用遥感技术开展干旱区植被地上生物量估算与空间反演,可为荒漠绿洲生态系统的健康评价与碳储量估算提供重要依据。以野外调查和实地采样数据为基础,利用Landsat 8 OLI多光谱影像... 植被地上生物量是反映陆地生态系统固碳能力的重要指标,利用遥感技术开展干旱区植被地上生物量估算与空间反演,可为荒漠绿洲生态系统的健康评价与碳储量估算提供重要依据。以野外调查和实地采样数据为基础,利用Landsat 8 OLI多光谱影像提取的7个植被指数和13个波段变量构成4种建模变量组合,采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)、极端梯度提升(e Xtreme Gradient Boosting,XGBoost)和随机森林(Random Forest,RF)这4种机器学习算法对新疆渭干河-库车河三角洲绿洲地上生物量进行遥感估算和空间反演。结果表明,(1)由波段变量和随机蛙跳算法优选变量构建的植被地上生物量反演模型,其估测精度明显优于全变量和指数变量,预测能力更为稳定。与SVM和BPNN算法相比,XGBoost和RF算法构建的模型具有更好的估测效果,能更准确地估算研究区植被地上生物量。(2)在构建的估测模型中,波段变量结合RF算法模型的精度最高,稳定性最强,其建模集和验证集的决定系数分别为0.898和0.742,平均绝对误差分别为82.1 g·m^(-2)和79.2 g·m^(-2),均方根误差为110.8 g·m^(-2)和132.1g·m^(-2),相对分析误差均大于1.8,模型拟合效果最佳。(3)研究区植被地上生物量的空间分异较为明显,整体呈现出绿洲区高,荒漠区低,由绿洲内部向绿洲外围逐渐降低的变化趋势。与其他3种机器学习算法相比,随机森林算法构建的估测模型具有良好的估测能力和稳定性,可准确估算干旱区绿洲地上生物量。同时,基于最优变量组合的机器学习算法模型为地上生物量反演提供了科学依据。 展开更多
关键词 机器学习算法 植被指数 光谱波段 地上生物量 空间反演 渭干河-库车河三角洲绿洲
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基于归一化植被指数的变量施肥控制系统研究 被引量:10
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作者 牛哓颖 钱东平 +2 位作者 王秀 杨世凤 邵利敏 《河北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第2期94-98,共5页
研究表明,归一化植被指数(NDVI)可以很好地预测潜在产量和判断当时作物氮的吸收情况并最终预测最优施氮量。本系统是一个集成光学传感和施肥控制装置的实时自动变量施肥系统,它根据实时监测的作物光谱信息和施肥机具的实际前进速度调节... 研究表明,归一化植被指数(NDVI)可以很好地预测潜在产量和判断当时作物氮的吸收情况并最终预测最优施氮量。本系统是一个集成光学传感和施肥控制装置的实时自动变量施肥系统,它根据实时监测的作物光谱信息和施肥机具的实际前进速度调节施肥量。系统采用无损测试技术和模糊控制算法,实际操作时通过光传感器实时获取归一化植被指数,并使用施氮优化算法(NFOA)计算潜在产量和施氮量,结合施肥机具行进速度调节实施机构中水用电磁阀的开闭,实现实时变量施肥。 展开更多
关键词 归一化植被指数 变量施肥 系统研究 模糊控制算法 无损测试技术 潜在产量 速度调节 施肥机具 施肥系统 控制装置 光学传感 光谱信息 实时监测 实时获取 光传感器 实际操作 优化算法 实施机构 施氮量 施肥量 电磁阀 预测
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基于高光谱技术的一种TPC-TELM模型应用于土壤重金属含量反演研究 被引量:3
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作者 徐厚生 王继春 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期224-230,共7页
随着工业化的不断推进,土壤重金属污染情况十分严重。重金属污染对于环境保护,人类安全都有很大的影响。砷作为一种毒性很强的重金属元素,对其进行反演研究,这对环境保护有着重要意义。传统的土壤重金属含量检测方法多为繁杂的实验室化... 随着工业化的不断推进,土壤重金属污染情况十分严重。重金属污染对于环境保护,人类安全都有很大的影响。砷作为一种毒性很强的重金属元素,对其进行反演研究,这对环境保护有着重要意义。传统的土壤重金属含量检测方法多为繁杂的实验室化学处理方法,耗费大量时间且成本高昂。为研发一种快速、准确检测土壤砷含量的方法,首先在可见光-近红外光波段获得原始反射光谱,使用三波段光谱指数分析波段间的相互作用,利用相关系数法获得最优的光谱参数组合,从而提取优质光谱特征。双隐含层极限学习机(TELM)是一种前馈神经网络模型。TELM在单隐含层极限学习机的基础上引入了新的隐含层和学习机制,有较高的性能。但是由于TELM第一隐含层参数是随机获得的,容易导致模型的不稳定,利用粒子群优化(PSO)算法对该层参数进行寻优。PSO是一种经典的智能优化算法,具有很强的全局搜索能力。针对PSO容易陷入局部最优点的缺点,引入新的交叉策略,通过该交叉策略,可以帮助其摆脱局部最优,并提出基于三波段光谱指数和交叉粒子群算法的双隐含层极限学习机混合模型(TPC-TELM)。为验证模型的有效性,将其与多个机器学习模型(如单层极限学习机和TELM等)进行对比,并引入均方根误差(RMSE)和皮尔逊相关系数(r)作为性能指标来衡量模型的性能。结果表明:利用三波段光谱指数可以帮助提取优质光谱特征,通过引入交叉策略,增强模型的探索能力。相对于其他几个机器学习模型,TPC-TELM模型的RMSE最小,为0.680 9,r值最大,为0.865 6,说明所提出模型的优越性和有效性。 展开更多
关键词 重金属 波段光谱指数 极限学习机 粒子群优化 交叉策略
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冬小麦苗期叶绿素含量检测光谱学参数寻优 被引量:21
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作者 毛博慧 李民赞 +3 位作者 孙红 刘豪杰 张俊逸 Zhang Qin 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S1期164-169,共6页
光谱分析技术是作物生长检测的主要手段,为了解决大田漫反射采集所造成的光谱基线漂移和偏移问题,研究采集了冬小麦冠层325~1 075 nm范围反射光谱,采用多元散射校正方法对小麦原始光谱进行预处理。采取遗传算法对光谱特征参数寻优并结... 光谱分析技术是作物生长检测的主要手段,为了解决大田漫反射采集所造成的光谱基线漂移和偏移问题,研究采集了冬小麦冠层325~1 075 nm范围反射光谱,采用多元散射校正方法对小麦原始光谱进行预处理。采取遗传算法对光谱特征参数寻优并结合相关分析结果,选取486、599、699和762 nm波长处反射率值并组合计算了RVI(ratio vegetation index),DVI(difference vegetation index),NDVI(normalized difference vegetation index)和SAVI(soil-adjusted vegetation index)共12个植被指数,分析了各植被指数与叶绿素含量值之间的相关关系,结果显示:DVI和SAVI可抑制苗期土壤背景干扰并对叶绿素含量响应较为敏感,与叶绿素含量相关性最优的参数分别为DVI(762,599)、SAVI(762,599)、DVI(762,699)和SAVI(762,699),与叶绿素含量的相关系数都达到0.6以上。基于相关性最优光谱植被指数DVI(762,699)和SAVI(762,599)利用最小二乘-支持向量回归建立冬小麦叶绿素含量预测模型,建模集决定系数为0.681,验证集决定系数为0.611。该模型可用于无损检测冬小麦苗期叶绿素含量,以期为后续施肥决策提供支持。 展开更多
关键词 叶绿素 光谱 优化 冬小麦 多元散射校正 植被指数 冠层反射率 遗传算法
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联合FOD和CWT的水稻稻纵卷叶螟遥感监测
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作者 张运 茆红 +1 位作者 方浩帆 孙李家旺 《遥感信息》 CSCD 北大核心 2024年第5期20-28,共9页
针对高光谱数据存在数据冗余、信息利用率低等缺点,采用分数阶微分和连续小波变换两种光谱细化方法,以提高光谱有效信息的利用率,并在现有光谱指数基础上构建分数阶微分光谱指数,结合连续小波变换选取的特征波段,基于PSO-SVR算法,实现... 针对高光谱数据存在数据冗余、信息利用率低等缺点,采用分数阶微分和连续小波变换两种光谱细化方法,以提高光谱有效信息的利用率,并在现有光谱指数基础上构建分数阶微分光谱指数,结合连续小波变换选取的特征波段,基于PSO-SVR算法,实现水稻稻纵卷叶螟严重程度遥感监测。结果显示:水稻冠层光谱反射率和稻纵卷叶螟危害的水稻受害程度最大相关系数位于1.2阶处,与受害程度相关性最好的分数阶微分光谱指数是DI和GDI;在连续小波变换提取特征时,有效光谱信息主要集中在低分解尺度;分数阶微分光谱指数和小波特征的组合特征建模精度最高,R 2=0.861,RMSE=0.059,MAE=0.044。研究表明,FOD和CWT可以有效挖掘光谱中的细微信息,为实现水稻稻纵卷叶螟的精准监测提供依据。 展开更多
关键词 机载高光谱 病虫害 微分光谱 光谱指数 粒子群优化算法
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基于天绘一号的匹配生长水体提取方法 被引量:4
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作者 王浩 黄文骞 +1 位作者 孙鹤泉 李加群 《海洋测绘》 CSCD 2020年第5期35-39,共5页
以国产天绘一号01星多光谱4波段影像为数据源,针对大范围水体提取难度大的问题,提出基于归一化水体指数(NDWI)和单波段阈值法的匹配生长算法。采用NDWI水体指数法提取完整的海洋水体和内陆部分水体,将内陆部分水体与单波段阈值对应位置... 以国产天绘一号01星多光谱4波段影像为数据源,针对大范围水体提取难度大的问题,提出基于归一化水体指数(NDWI)和单波段阈值法的匹配生长算法。采用NDWI水体指数法提取完整的海洋水体和内陆部分水体,将内陆部分水体与单波段阈值对应位置完整的水体做匹配,再通过连通区提取、掩膜运算获得完整的水体分割二值图。采用两景遥感影像(大连和芝罘)进行实验,并与经典水体提取算法进行对比分析。实验结果表明:该法总体精度在90%左右,Kappa系数在0.8左右,对经典提取算法有了显著改善。在大范围提取水体信息时效果较好,提取水体的同时能有效减少陆地阴影造成的干扰,在海陆边界处,陆地轮廓清晰,较好的将陆地和海洋分割开来。 展开更多
关键词 海洋遥感 光谱波段影像 大范围水体提取 归一化水体指数 波段阈值 匹配生长算法 天绘一号
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