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基于多尺度高光谱技术的苎麻叶片氮含量估测
1
作者 陈建福 岳云开 +8 位作者 付虹雨 许明志 焦鑫伟 廖澳 张蕾 赵亮 陈兆中 崔国贤 佘玮 《山东农业科学》 北大核心 2025年第2期165-171,共7页
氮肥对苎麻生长及产量品质形成具有重要意义。传统氮素检测方法存在费时、费力、时效性差等缺点,而高光谱遥感技术能有效监测作物多项生理指标,从而帮助实时掌握作物的生长态势和营养情况。本研究设置4个施氮水平,即N0(不施氮肥)、N1(... 氮肥对苎麻生长及产量品质形成具有重要意义。传统氮素检测方法存在费时、费力、时效性差等缺点,而高光谱遥感技术能有效监测作物多项生理指标,从而帮助实时掌握作物的生长态势和营养情况。本研究设置4个施氮水平,即N0(不施氮肥)、N1(施纯氮273 kg/hm2)、N2(施纯氮332 kg/hm2)、N3(施纯氮390 kg/hm2,常规施用量),以及2个追肥时期,即封行期(a)和旺长期(b),利用光谱技术分析不同处理苎麻在冠层和叶片两个尺度下的光谱特征差异,然后通过分析多尺度高光谱数据与苎麻叶片氮含量(LNC)的相关性,分别采用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)三种机器学习方法构建了苎麻关键生育时期(苗期、封行期、旺长期、成熟期)的LNC估测模型,并进行了对比分析。结果表明:多个生育时期冠层光谱模型的精度优于叶片光谱模型,基于冠层光谱波段构建的苎麻LNC估测模型在成熟期精度最高(R2=0.795,RMSE=0.608),基于叶片光谱波段构建的苎麻LNC估测模型在旺长期精度最高(R2=0.670,RMSE=0.470);采用RF算法构建的LNC估测模型在多个生育时期中表现最佳,总体性能稳定且精度较高。综上,基于多尺度高光谱技术的苎麻叶片氮含量估测是可行的,尤其基于冠层尺度的估测更易操作,这为苎麻氮素反演提供了更优的手段。 展开更多
关键词 苎麻 叶片氮含量 高光谱 多尺度
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基于混合蝙蝠智能算法优化PLSR的柑橘叶片氮含量预测方法
2
作者 刘霞 周凌霄 +4 位作者 夏心杰 韩如婷 吕强 谢让金 易时来 《西南大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2025年第2期160-170,共11页
高光谱成像技术具有快速、无损检测的特点,尤其在农作物生长监测方面具有广阔的应用前景。叶片氮含量是评估作物生长状况的重要指标之一,对诊断作物生长状况和制定精准施肥策略至关重要。通过获取柑橘叶片高光谱和检测叶片氮含量,探索... 高光谱成像技术具有快速、无损检测的特点,尤其在农作物生长监测方面具有广阔的应用前景。叶片氮含量是评估作物生长状况的重要指标之一,对诊断作物生长状况和制定精准施肥策略至关重要。通过获取柑橘叶片高光谱和检测叶片氮含量,探索二者的数学关系与模型,旨在建立柑橘叶片氮含量高光谱监测技术。为提升高光谱数据建模的精度,采用了标准正态变量变换(SNV)、平滑滤波函数(SG)等方法去除光谱数据中的噪声。利用竞争自适应加权采样法(CARS)和连续投影算法(SPA)筛选出与叶片氮含量关联度高的特征波段,结合偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机回归(SVR)、基于遗传算法(GA)和蝙蝠算法(BA)等对PLSR进行智能优化(O-PLSR)后预测叶片氮含量。结果表明:与SVR模型相比,PLSR模型呈现更高的精度;结合GA和BA算法对PLSR模型进行优化处理,进一步提高了建模精度,相较原始PLSR模型,决定系数(R^(2))最高提高了14.8%,且经SG滤波、CRAS特征波段选取、O-PLSR优化后的模型(SG-CRAS-O-PLSR)表现出最优的估算性能,其R^(2)、均方根误差分别为0.94和0.55。由此可见,建立的SG-CARS-O-PLSR模型具有较高的精度,可为今后推进实施果园信息化与智能化精准高效施肥管理提供理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 柑橘 高光谱成像技术 叶片氮含量 偏最小二乘回归
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基于无人机多光谱图像的小麦叶片氮含量遥感监测研究
3
作者 王茂宇 李梅 夏雨微 《安徽农业科学》 2025年第8期243-247,共5页
为实现作物生产精准、高效、动态、低成本的氮养分监测,推动农业新质生产力快速发展,以2024年试验实测数据为基础,以无人机图像为数据源,分析拔节期、孕穗期小麦主要遥感参数与叶片氮含量(LNC)的模型。结果表明,小麦拔节期、孕穗期分别... 为实现作物生产精准、高效、动态、低成本的氮养分监测,推动农业新质生产力快速发展,以2024年试验实测数据为基础,以无人机图像为数据源,分析拔节期、孕穗期小麦主要遥感参数与叶片氮含量(LNC)的模型。结果表明,小麦拔节期、孕穗期分别选用归一化绿蓝差异指数(NGBDI)结合红绿蓝植被指数(RGBVI),RGBVI结合超红指数(ExR)遥感变量监测小麦LNC是可行的。以此为基础,制作出了具有实际意义的小麦拔节期、孕穗期LNC无人机遥感监测空间分布图。研究结果可为农业管理部门获取可靠的农情信息以及制定精准施肥管理提供技术支撑。 展开更多
关键词 无人机 多光谱图像 小麦叶片氮含量 监测模型
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稻麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系 被引量：49
4
作者 朱艳 李映雪 +3 位作者 周冬琴 田永超 姚霞 曹卫星 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第10期3463-3469,共7页
作物氮素含量是评价作物长势、估测产量与品质的重要参考指标,叶片氮素含量的无损快速监测对于指导作物氮素营养的精确管理及生产力的预测预报具有重要意义.以5个小麦品种和3个水稻品种在不同施氮水平下的3a田间试验为基础,综合研究了... 作物氮素含量是评价作物长势、估测产量与品质的重要参考指标,叶片氮素含量的无损快速监测对于指导作物氮素营养的精确管理及生产力的预测预报具有重要意义.以5个小麦品种和3个水稻品种在不同施氮水平下的3a田间试验为基础,综合研究了稻麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系.结果显示：（1）不同试验中拔节后稻麦叶片氮含量均随施氮水平呈上升趋势;（2）稻麦冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异,在可见光区（460～710 nm）的反射率一般随施氮水平的增加逐渐降低,而在近红外波段（760～1100 nm）却随施氮水平的增加逐渐升高;（3）就单波段光谱而言,610、660 nm和680 nm处的冠层反射率均与稻麦叶片氮含量具有较好的相关性;（4）在光谱指数中,归一化差值植被指数NDVI（1220,610）与水稻和小麦叶片氮含量均具有较好的相关性,且相关性好于单波段反射率;（5）对于小麦和水稻,可以利用共同的波段和光谱指数来监测其叶片氮含量,采用统一的回归方程来描述其叶片氮含量随单波段反射率和冠层反射光谱参数的变化模式,但若采用单独的回归系数则可以提高稻麦叶片氮含量估测的准确性. 展开更多
关键词 小麦 水稻 叶片氮含量 冠层反射率 光谱指数 定量关系
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玉米叶片氮含量的高光谱估算及其品种差异 被引量：41
5
作者 周丽丽 冯汉宇 +2 位作者 阎忠敏 刘克 周顺利 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期195-199,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 叶片氮含量 高光谱反射率 估算模型 玉米 品种差异
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小麦叶片氮含量与冠层反射光谱指数的定量关系 被引量：39
6
作者 李映雪 朱艳 +3 位作者 田永超 姚霞 秦晓东 曹卫星 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期358-362,共5页
本文以3种蛋白质类型的小麦品种在不同施氮水平下的3年田间试验为基础,研究了小麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系。结果显示,不同试验中拔节后叶片氮含量均随施氮水平呈上升趋势,同时冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异... 本文以3种蛋白质类型的小麦品种在不同施氮水平下的3年田间试验为基础,研究了小麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系。结果显示,不同试验中拔节后叶片氮含量均随施氮水平呈上升趋势,同时冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异。对于低、中、高籽粒蛋白质含量的品种,叶片氮含量与冠层反射光谱的归一化植被指数NDVI(1 220,710)和红边位置均有密切的定量关系,决定系数在0.80左右。对于不同品质类型小麦品种,均可利用统一的回归方程描述其叶片氮含量随反射光谱参数的变化,对于低蛋白类型品种,采用单独的回归系数即可提高叶片氮含量估测的准确性。本研究确立的小麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系可用于不同的小麦品种、生育时期和施氮水平,为小麦氮素营养的监测诊断与精确施肥等提供理论依据和技术途径。 展开更多
关键词 小麦 叶片氮含量 冠层反射光谱 光谱指数 定量关系
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不同年代大豆品种叶片氮含量及其与净光合速率的关系 被引量：21
7
作者 李大勇 陈展宇 +4 位作者 徐克章 张治安 武志海 季平 张鹏 《中国油料作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期171-178,共8页
为了解大豆品种遗传改良过程中叶片氮含量的变化及其与净光合速率的关系,对吉林省1923-2004年间育成的21个大豆品种的叶片氮含量和光合特性进行了研究。结果表明,叶片氮含量与育成年代在R2期和R6期呈极显著或显著正相关,但在R4期呈不显... 为了解大豆品种遗传改良过程中叶片氮含量的变化及其与净光合速率的关系,对吉林省1923-2004年间育成的21个大豆品种的叶片氮含量和光合特性进行了研究。结果表明,叶片氮含量与育成年代在R2期和R6期呈极显著或显著正相关,但在R4期呈不显著负相关。在R2期和R6期,大豆品种间叶片单位叶面积氮含量增长率明显大于净光合速率增长率,导致了氮素光合利用效率与育成年代呈极显著或显著负相关;在R4期,现代品种叶片单位叶面积氮含量低于老品种,而净光合速率仍高于老品种,导致了氮素光合利用效率与育成年代呈显著正相关。叶片氮含量高,叶绿素含量就高,净光合速率也高,但氮素光合利用效率却低;可将R4期氮素光合利用效率作为高产品种选育的一个指标。 展开更多
关键词 大豆 叶片氮含量 净光合速率 氮素光合利用效率
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基于机器学习和多颜色空间的冬小麦叶片氮含量估算方法研究 被引量：18
8
作者 黄芬 高帅 +2 位作者 姚霞 张小虎 朱艳 《南京农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期364-371,共8页
[目的]基于冠层图像可见光颜色分量进行冬小麦叶片氮含量(leaf nitrogen concentration,LNC)估算的算法研究,旨在为构建LNC估算模型提供方法借鉴。[方法]用Olympus E-620单反相机采集不同种植条件(2个品种、2个种植密度、3个氮处理)下2... [目的]基于冠层图像可见光颜色分量进行冬小麦叶片氮含量(leaf nitrogen concentration,LNC)估算的算法研究,旨在为构建LNC估算模型提供方法借鉴。[方法]用Olympus E-620单反相机采集不同种植条件(2个品种、2个种植密度、3个氮处理)下2年生育期(2013年和2014年)的小麦冠层图像。基于H颜色分量的K-means聚类分割冠层图像,分别提取3个颜色空间HSV、L*a*b*和RGB的3种基础颜色分量值,作为输入参数;分别使用多元线性回归(multivariate linear regression,MLR)、支持向量回归(support vector regression,SVR)、随机森林(random forest,RF)构建LNC估算模型,以决定系数R 2和均方根误差(root mean square error,RMSE)为评价指标;10×10嵌套交叉验证法分析3个颜色空间下各算法模型的拟合能力与泛化性能。[结果]单颜色空间下,3个算法模型的拟合与泛化性能以HSV空间下最优,L*a*b*空间下其次,RGB空间下表现最弱;其中,RF拟合能力最强,但方差主导了泛化误差,模型过拟合;SVR拟合能力弱于RF,优于MLR,但该模型泛化性能最优;MLR拟合能力最弱,且偏差主导了泛化误差,模型欠拟合且受噪声干扰。融合3个颜色空间9种基础颜色分量的多颜色空间,3个模型拟合与泛化性能相对单颜色空间均更优,其中RF模型最优。与最优单色空间HSV相比,RF在训练集上R 2提高2.67%,RMSE降低11.59%;测试集上R 2提高7.57%,RMSE降低11.49%。多颜色空间下RF较SVR拟合更优,且泛化性能有效提升,提升比例高于SVR。[结论]基于3种算法构建的LNC估算模型,在融合3个颜色空间的9个基础颜色分量多颜色空间下,RF拟合与泛化性能最优,可为估算冬小麦LNC提供方法参考。 展开更多
关键词 冬小麦 叶片氮含量 颜色空间 机器学习 泛化性能
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小麦叶片氮含量与荧光动力学参数的关系 被引量：11
9
作者 马吉锋 朱艳 +3 位作者 姚霞 田永超 刘小军 曹卫星 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期297-303,共7页
通过分析不同氮素水平下不同品种小麦上部叶片氮含量和荧光参数随生育进程的变化模式及小麦叶片氮含量与荧光参数的相关关系,提出小麦叶片氮含量的预测方程。结果表明,小麦不同叶位叶片氮含量和荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo均随施氮量的增加呈... 通过分析不同氮素水平下不同品种小麦上部叶片氮含量和荧光参数随生育进程的变化模式及小麦叶片氮含量与荧光参数的相关关系,提出小麦叶片氮含量的预测方程。结果表明,小麦不同叶位叶片氮含量和荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo均随施氮量的增加呈上升趋势。从孕穗到成熟,Fv/Fm和Fv/Fo表现为先上升后下降的趋势。小麦各叶位叶片氮含量与荧光参数Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo、Fs和Fo′都呈极显著正相关,且顶部2张叶片的相关性最好。不同小麦品种顶2叶氮含量分别与Fv/Fo和Fv/Fm呈良好的幂函数关系,平均决定系数分别达0.66和0.61。对于低、中、高蛋白质含量的小麦品种类型,可以利用统一的回归方程来描述顶部2张叶片氮含量随Fv/Fo的变化模式。 展开更多
关键词 小麦 叶位 叶片氮含量 荧光参数
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基于可见光-近红外新光谱特征和最优组合原理的大麦叶片氮含量监测 被引量：11
10
作者 徐新刚 赵春江 +2 位作者 王纪华 李存军 杨小冬 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期351-358,365,共9页
提出新的作物冠层叶片氮含量(LNC)高光谱遥感监测方法,以对氮素要求较高的大麦LNC监测为例,利用田间实测数据,从可见光-近红外区域的高光谱反射曲线中提取包含丰富多波段信息的斜率、夹角等新型特征参数,应用组合预测领域中的权重最优... 提出新的作物冠层叶片氮含量(LNC)高光谱遥感监测方法,以对氮素要求较高的大麦LNC监测为例,利用田间实测数据,从可见光-近红外区域的高光谱反射曲线中提取包含丰富多波段信息的斜率、夹角等新型特征参数,应用组合预测领域中的权重最优组合原理及其算法,实现对作物LNC的高光谱监测.研究表明,提出的高光谱反射曲线斜率和夹角等新型特征参数与作物LNC显著相关,并具有较好的定量响应关系,其中关键斜率参数(K re/K pb)和K pb以及夹角参数(Aδ/Aα)和(Aδ/Aθ)较好地描述了LNC的动态变化;而权重最优组合分析则表明(K re/K pb)和K nir1两个参数的组合最能响应LNC的光谱信息,有助于增强监测的稳定性并提高估测的精度. 展开更多
关键词 高光谱遥感 标准化反射率 斜率 夹角 最优组合原理 叶片氮含量
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模拟多光谱卫星宽波段反射率的冬小麦叶片氮含量估算 被引量：8
11
作者 李粉玲 常庆瑞 +1 位作者 申健 王力 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期302-308,共7页
基于多年大田和小区试验下的实测小麦冠层高光谱信息,利用传感器光谱响应函数模拟Landsat 8、SPOT 6、HJ-1A、HJ-1B、GF-1和ZY-3卫星可见光-近红外波段的冠层光谱反射率,构建基于光谱指数的全生育期叶片氮含量(Leaf nitrogen concentrat... 基于多年大田和小区试验下的实测小麦冠层高光谱信息,利用传感器光谱响应函数模拟Landsat 8、SPOT 6、HJ-1A、HJ-1B、GF-1和ZY-3卫星可见光-近红外波段的冠层光谱反射率,构建基于光谱指数的全生育期叶片氮含量(Leaf nitrogen concentration,LNC)估算模型。结果表明,基于不同传感器模拟的宽波段光谱反射率、光谱指数之间存在差异,但差异不显著;所有筛选的光谱指数和叶片氮含量都在P<0.01水平显著相关,基于各光谱指数所构建的全生育期叶片氮含量估算通用模型均通过显著性检验;基于综合指数(TCARI/OSAVI)、转化叶绿素吸收反射指数(TCARI)、比值植被指数(RVI)的叶片氮含量估算模型具有较高的敏感性,噪声等效误差(NE)均小于1.6,其中以TCARI/OSAVI建立的叶片氮含量估算通用模型具有最好的拟合、检验精度和适用性,模型决定系数为0.62,NE为1.26。 展开更多
关键词 冬小麦 叶片氮含量 多光谱 通用模型 敏感性分析
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水稻叶片氮含量与荧光参数的关系 被引量：4
12
作者 马吉锋 朱艳 +3 位作者 姚霞 田永超 刘小军 曹卫星 《中国水稻科学》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期65-70,共6页
在3个供氮水平和2个水稻品种(华粳2号和武香粳9号)的田间试验条件下,测试分析了不同处理水稻顶部4张完全展开叶片氮含量及对应的荧光参数。不同供氮水平的水稻叶片氮含量和荧光参数差异明显,均随施氮量的增加呈上升趋势。叶片荧光参数... 在3个供氮水平和2个水稻品种(华粳2号和武香粳9号)的田间试验条件下,测试分析了不同处理水稻顶部4张完全展开叶片氮含量及对应的荧光参数。不同供氮水平的水稻叶片氮含量和荧光参数差异明显,均随施氮量的增加呈上升趋势。叶片荧光参数随生育期推迟呈抛物线型变化,以抽穗期为界先上升后下降,直到成熟期降为最低。叶片荧光参数随不同叶位的变化规律为顶1叶>顶2叶>顶3叶>顶4叶。同一水稻品种各叶位叶片氮含量分别与荧光参数呈极显著相关,且华粳2号的相关性高于武香粳9号。综合水稻品种的不同叶位,叶片氮含量与荧光参数ΦPSⅡ、qP均呈良好的线性相关。基于ΦPSⅡ和qP宜采用不同的回归方程来反演不同叶位叶片氮含量。因此,荧光参数ΦPSⅡ和qP有可能用来估算水稻叶片氮含量。 展开更多
关键词 水稻 叶位 叶片氮含量 荧光参数 相关关系
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棉花叶片氮含量的空间分布与光合特性 被引量：11
13
作者 张雪松 申双和 宋洁 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期1893-1898,共6页
在棉花生长旺季,将冠层按高度分多层测定了田间叶片含氮量和叶片净光合速率对光合有效辐射通量密度的响应(光响应曲线,Pn-PPFD response curve)及相应的生物指标。结果表明,各层叶片氮含量与光合作用关系密切,各层平均值大小依次为上层&... 在棉花生长旺季,将冠层按高度分多层测定了田间叶片含氮量和叶片净光合速率对光合有效辐射通量密度的响应(光响应曲线,Pn-PPFD response curve)及相应的生物指标。结果表明,各层叶片氮含量与光合作用关系密切,各层平均值大小依次为上层>中层>下层,对应层叶片的最大净光合速率Pmax、表观暗呼吸速率Rd、光补偿点LCP及光饱和点LSP均从上到下依次递减,与氮含量分布一致,而表观光合量子效率AQY则略有不同;氮含量的指数衰减系数kn=0.762(R2=0.593),根据观测结果,棉田叶片氮含量(N)空间分布可以用相对累积叶面积指数(Lc/Lt)为自变量的指数方程来模拟,从而为建立光合作用机理模型与进行生产力奠定基础。 展开更多
关键词 叶片氮含量的空间分布 光响应曲线特征参数 模型模拟
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基于便携式蜜柚光谱仪的金沙柚叶片氮含量监测模型研究 被引量：2
14
作者 李艳大 曹中盛 +6 位作者 潘玉霞 孙滨峰 黄俊宝 杨伟光 彭忻怡 舒时富 叶春 《果树学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期797-806,共10页
【目的】旨在检验便携式蜜柚光谱仪(PPS)监测金沙柚叶片氮含量(LNC)的准确性,构建基于PPS的金沙柚LNC光谱监测模型。【方法】通过实施不同施氮量的试验,于幼果期和果实膨大期利用便携式蜜柚光谱仪(PPS)、ASD高光谱仪和RapidSCAN光谱仪... 【目的】旨在检验便携式蜜柚光谱仪(PPS)监测金沙柚叶片氮含量(LNC)的准确性,构建基于PPS的金沙柚LNC光谱监测模型。【方法】通过实施不同施氮量的试验,于幼果期和果实膨大期利用便携式蜜柚光谱仪(PPS)、ASD高光谱仪和RapidSCAN光谱仪测定冠层光谱反射率,计算得到归一化红边指数(NDRE)与归一化植被指数(NDVI),分析比较3种光谱仪测定的冠层植被指数变化规律与相关性,检验PPS的测定精度,构建基于PPS的金沙柚LNC光谱监测模型,采用不同试验点的数据检验模型。【结果】金沙柚LNC、NDVI和NDRE随着施氮量的增加表现为递增趋势;PPS和ASD测定的NDVI、NDRE间拟合的决定系数(R2)依次为0.9095和0.9005,PPS和RapidSCAN测定的NDVI、NDRE间拟合的R2依次为0.9543和0.9002,证明PPS的测定结果与ASD、Rapid SCAN具有很高的一致性。幼果期和果实膨大期的光谱监测模型的监测效果比生长中期好;PPS测定的NDVIPPS与NDREPPS相比,NDVIPPS与LNC之间的相关性高于NDREPPS;基于NDVIPPS的幂函数模型能准确地监测LNC,模型构建R2介于0.8210~0.8472之间,模型检验的相关系数(r)、相对均方根误差(RRMSE)和均方根误差(RMSE)依次为0.8952~0.9333、4.4%~8.1%和0.1%~0.2%。【结论】与常规化学测试LNC相比,利用PPS可实时准确获取金沙柚LNC信息,在金沙柚轻简化种植与养分无损监测诊断中具有广阔应用前景。 展开更多
关键词 金沙柚 叶片氮含量 便携式蜜柚光谱仪 光谱监测 模型
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基于粒子群算法优化光谱指数的甜菜叶片氮含量估测研究 被引量：2
15
作者 田海清 张晶 +3 位作者 张珏 吴利斌 王迪 李斐 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期168-178,共11页
为对甜菜叶片氮含量进行快速估测,利用高光谱成像仪获取甜菜冠层叶片高光谱图像数据,通过凯氏定氮法测定叶片氮含量。基于精细采样法在全波段范围内构建归一化光谱指数(Normalized difference spectral index,NDSI)和土壤调节光谱指数(S... 为对甜菜叶片氮含量进行快速估测,利用高光谱成像仪获取甜菜冠层叶片高光谱图像数据,通过凯氏定氮法测定叶片氮含量。基于精细采样法在全波段范围内构建归一化光谱指数(Normalized difference spectral index,NDSI)和土壤调节光谱指数(Soil-adjusted spectral index,SASI),并提出了基于粒子群算法的植被冠层调节参数L优化方法,探寻任意波段组合下SASI的最佳L值及其变化规律。在筛选出特征光谱指数基础上,开展甜菜叶片氮含量的定量估测和可视化研究。结果表明,各生育期SASI对甜菜冠层叶片氮含量(Canopy leaf nitrogen content,CLNC)的敏感度高于NDSI,尤其在NDSI易发生饱和现象的近红外区域。相比常规光谱指数,叶丛快速生长期基于SASI1(R430. 20,R896. 76)和SASI2(R433. 03,R896. 01)建立的CLNC估测模型预测效果最优,2015年验证集R^2为0. 78,RMSE为2. 48 g/kg,RE为4. 18%;糖分增长期以SASI3(R952. 09,R946. 11)和SASI4(R760. 37,R803. 48)的建模效果最佳,2015年验证集R^2为0. 67,RMSE为2. 71 g/kg,RE为4. 72%;糖分积累期的最优建模参数为SASI5(R883. 30,R887. 79),2015年模型R^2为0. 72,RMSE为2. 54 g/kg,RE为4. 49%。为直观显示甜菜CLNC在时间和空间尺度上的变化规律,基于上述估测模型计算并生成甜菜CLNC的预测分布图,实现了甜菜CLNC的可视化。研究结果表明,提出的甜菜CLNC估测方法具有可行性,可为及时了解作物长势及营养估测提供技术支持。 展开更多
关键词 甜菜 叶片氮含量 高光谱图像 粒子群 光谱指数
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不同施氮水平下大豆反射光谱预测叶片氮含量模型 被引量：4
16
作者 宋英博 《大豆科学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期641-644,共4页
通过分析不同施氮水平下大豆叶片氮含量与叶片光谱反射率之间的关系,确立了大豆叶片氮含量的敏感波段及预测方程。结果表明:在530、550、890和930 nm 4个波段的光谱反射率与大豆叶片氮含量的相关性达显著或极显著水平。通过4种植被指数... 通过分析不同施氮水平下大豆叶片氮含量与叶片光谱反射率之间的关系,确立了大豆叶片氮含量的敏感波段及预测方程。结果表明:在530、550、890和930 nm 4个波段的光谱反射率与大豆叶片氮含量的相关性达显著或极显著水平。通过4种植被指数的比较,NDVI的R2最大,RMSE最小。筛选得到回归方程:Y=-323.214×ND-VI2(890,530)+469.9307×NDVI(890,530)-165.021,该模型适用于不同生育期大豆叶片氮含量的预测。 展开更多
关键词 叶片氮含量 叶片光谱反射率 估测模型
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基于无人机多光谱影像的夏玉米叶片氮含量遥感估测 被引量：56
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作者 魏鹏飞 徐新刚 +7 位作者 李中元 杨贵军 李振海 冯海宽 陈帼 范玲玲 王玉龙 刘帅兵 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期126-133,I0001,共9页
利用无人机平台搭载多光谱相机组成的遥感监测系统在农业上已取得了一些成果,但利用无人机多光谱影像开展作物氮素估测研究少有尝试。基于此,该文利用国家精准农业基地2017年夏玉米3个关键生育期无人机多光谱影像和田间实测叶片氮含量数... 利用无人机平台搭载多光谱相机组成的遥感监测系统在农业上已取得了一些成果,但利用无人机多光谱影像开展作物氮素估测研究少有尝试。基于此,该文利用国家精准农业基地2017年夏玉米3个关键生育期无人机多光谱影像和田间实测叶片氮含量数据,开展夏玉米叶片氮素含量的无人机遥感估测研究。对该研究选用的15个光谱变量,通过相关性分析解析光谱变量与LNC的相关关系,筛选出对玉米叶片氮素含量敏感的光谱变量;应用后向逐步回归方法分析不同变量指数下估测精度变化,最终确定不同生育期夏玉米LNC估测的光谱变量,实现对夏玉米叶片氮含量的较高精度监测。研究发现:1)在3个生育时期,GRE和GNDVI与LNC都有很强的相关性,表明绿波段可以很好地进行夏玉米生物理化参数的反演;2)在喇叭口期和灌浆期,OSAVI、SAVI与LNC具有高度相关性,证明在夏玉米生长前期和后期选择控制土壤因素的光谱变量可以提高对氮素估测的能力。在筛选最优光谱变量建模过程中发现,喇叭口期选取5个光谱变量(GNDVI、GRE、OSAVI、REG、SAVI)建模效果最好,估测模型的R^2、RMSE和nRMSE分别为0.63、27.63%、11.62%;抽雄吐丝期选取6个光谱变量(REG、GRE、GNDVI、MNLI、RED、NDVI)建模效果最好,估测模型的R^2、RMSE和n RMSE分别为0.64、20.50%、7.80%;灌浆期选取5个光谱变量(GRE、GNDVI、RED、NDVI、OSAVI)建模效果最好,估测模型的R^2、RMSE和n RMSE分别为0.56、31.12%、12.71%;在不同生育期选取最优光谱变量进行夏玉米LNC估测具有很好的效果。应用无人机多光谱遥感影像数据可以很好地监测田块尺度夏玉米LNC的空间分布,可为玉米田间氮素精准管理提供空间决策服务信息支持。 展开更多
关键词 无人机 遥感 氮 多光谱 叶片氮含量 逐步回归 夏玉米
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基于偏振反射模型和随机森林回归的叶片氮含量反演 被引量：13
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作者 张子晗 晏磊 +5 位作者 刘思远 付瑜 姜凯文 杨彬 刘绥华 张飞舟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2911-2917,共7页
叶片氮含量极大程度上影响植被生物化学过程,有重要的研究意义。利用机载高光谱数据反演叶片氮含量在农业遥感领域有广泛应用,但其反演精度不能完全满足精细农业的需要,有一定提升空间。叶片氮含量遥感反演精度受机理误差和算法误差的影... 叶片氮含量极大程度上影响植被生物化学过程,有重要的研究意义。利用机载高光谱数据反演叶片氮含量在农业遥感领域有广泛应用,但其反演精度不能完全满足精细农业的需要,有一定提升空间。叶片氮含量遥感反演精度受机理误差和算法误差的影响,机理误差主要来源于叶片表面反射。传感器探测到的反射辐射既包含叶片内部多次散射,又包含叶片表面镜面反射部分,只有前者是携带叶片内部生化组分(如氮含量)信息的,由于后者是入射光在叶表蜡质层发生的直接反射,因此该部分并不携带叶片内部信息。根据菲涅尔定律,叶表镜面反射是部分偏振的,而内部散射是非偏振的,因而通过偏振反射建模可部分去除叶表镜面反射影响,以消除机理误差。算法误差主要来源于不同氮含量反演算法对于高光谱数据挖掘能力的差别。比较了偏最小二乘法、主成分回归、支持向量机、K-近邻算法和随机森林回归在高光谱叶片氮含量反演中的表现,在调整算法参数之后,选择使用随机森林回归算法以减少高光谱反演算法误差。以常绿针叶林、落叶阔叶林和针阔混交林为研究对象,利用多角度偏振卫星POLDER/PARASOL的多光谱数据库构建二向偏振反射模型,用以模拟和分析研究区森林的偏振反射率;从HySpex传感器系统获取的机载高光谱数据中去除偏振反射率带来的光谱机理误差,以实现叶片氮含量的精确反演。以均方根误差为主要指标评估精度变化可获得以下结论:在高光谱叶片氮含量反演中,消除偏振反射率带来的机理误差后,各算法反演精度均有提升,平均提升了4.244%。其中,随机森林回归可以最大程度减小反演算法误差(可决系数达到0.803,均方根误差达到0.252),且对光谱偏振信息最为敏感,去除偏振后精度提高了13.103%。相比于广泛使用的偏最小二乘算法,去除光谱机理误差并减小反演算法误差后,叶片氮含量反演精度整体提高了32.440%。该研究实现了基于机载高光谱数据的叶片氮含量精确反演,证明了在叶片氮含量反演中去除偏振反射率的必要性,体现了在高光谱氮含量反演中随机森林算法的应用潜力。 展开更多
关键词 遥感反演 偏振遥感 叶片氮含量 高光谱数据 随机森林回归 双向偏振分布函数
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基于高光谱的水稻叶片氮含量估计的深度森林模型研究 被引量：19
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作者 李金敏 陈秀青 +1 位作者 杨琦 史良胜 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1342-1350,共9页
高光谱遥感已经成为快速诊断作物水氮状态的一种有效手段。然而,传统的回归方法和机器学习往往难以挖掘高光谱的全部信息,深度神经网络又通常需要大量的训练数据,因此本研究试图探索在少量数据条件下构建深度学习模型并实现叶片氮含量... 高光谱遥感已经成为快速诊断作物水氮状态的一种有效手段。然而,传统的回归方法和机器学习往往难以挖掘高光谱的全部信息,深度神经网络又通常需要大量的训练数据,因此本研究试图探索在少量数据条件下构建深度学习模型并实现叶片氮含量的精准估计。通过在湖北省监利县开展了连续2年不同氮素胁迫水平的水稻试验,测量了作物全生育期内的216组冠层光谱和叶片氮含量。基于一阶导数光谱,本文构建了一种新的深度学习模型(深度森林DF)来进行叶片氮含量的反演,并与2种经典机器学习模型(随机森林RF和支持向量机SVM)和一种深度神经网络模型(多层感知器MLP)进行比较。结果表明,在基于少量高光谱数据的情况下,DF对水稻叶片氮含量的估算精度要高于MLP,其中预测精度最高的模型为全波段光谱反演的DF模型(R^(2)=0.919,RMSE=0.327)。在2种经典机器学习模型中,RF的估计效果优于SVM,但2种模型结果都不够稳定。研究表明,深度森林可以提升高光谱反演叶片氮含量的精度和稳定性,并且可以通过多粒度扫描相对减轻过拟合程度。该研究结果可为少量数据条件下快速监测作物叶片氮含量提供参考。 展开更多
关键词 叶片氮含量 深度学习 机器学习 高光谱遥感 水稻
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不同年代水稻品种叶片氮含量变化及其与净光合速率的关系 被引量：10
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作者 崔菁菁 徐克章 +3 位作者 武志海 陈展宇 张治安 吴春胜 《西北农林科技大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2016年第7期70-77,86,共9页
【目的】探索在遗传改良过程中水稻植株叶片全氮含量的变化及其与净光合速率的关系,明确其在不同年代的变化趋势。【方法】以吉林省1958-2005年育成的33个水稻品种为材料,用凯氏定氮法测定植株叶片全氮含量,用LI-6400型光合测定系统测... 【目的】探索在遗传改良过程中水稻植株叶片全氮含量的变化及其与净光合速率的关系,明确其在不同年代的变化趋势。【方法】以吉林省1958-2005年育成的33个水稻品种为材料,用凯氏定氮法测定植株叶片全氮含量,用LI-6400型光合测定系统测定功能叶片净光合速率,研究在遗传改良过程中吉林省不同年份育成水稻品种叶片全氮含量与其光合特性的协同进化规律。【结果】随着水稻品种育成年代的推进,叶片全氮含量、叶绿素含量、比叶重、净光合速率均呈增加趋势,而氮素光合利用效率则呈降低趋势;在抽穗期和抽穗后10d,叶片全氮含量与育成年代分别呈极显著或显著正相关;在抽穗期30d,叶绿素含量与育成年代呈极显著正相关;在抽穗期和抽穗后10d,比叶重与育成年代分别呈极显著或显著正相关;在抽穗后10d,净光合速率与育成年代呈显著正相关;而在抽穗期和抽穗后10d,氮素光合利用效率与育成年代呈极显著负相关;抽穗期水稻叶片全氮含量与产量呈极显著正相关。【结论】水稻品种遗传改良过程中,植株叶片氮含量和净光合速率都得到了显著提高,但叶片氮含量的增加幅度明显大于净光合速率的增长,因此在品种改良过程中应注重叶片净光合速率的提高。 展开更多
关键词 水稻 叶片全氮含量 净光合速率 氮素光合利用效率
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