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基于无人机多光谱影像的矮林芳樟叶片含水率与叶水势反演 被引量：3
1
作者 杨宝城 鲁向晖 +3 位作者 张海娜 王倩 陈志琪 张杰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期220-230,267,共12页
叶片含水率和叶水势反映植物组织中水分的状态,是衡量植物水分供应和水分利用效率的重要指标。为探究基于不同高度下无人机多光谱影像反演叶片含水率和叶水势模型的差异,本研究在3个飞行高度处理F30、F60、F100(30、60、100 m)下采集多... 叶片含水率和叶水势反映植物组织中水分的状态,是衡量植物水分供应和水分利用效率的重要指标。为探究基于不同高度下无人机多光谱影像反演叶片含水率和叶水势模型的差异,本研究在3个飞行高度处理F30、F60、F100(30、60、100 m)下采集多光谱影像数据,通过使用6种光谱反射率+经验植被指数的组合与地面实测数据进行相关性分析,获得不同飞行高度下的光谱反射率+经验植被指数组合与叶片含水率和叶水势的反演模型及其决定系数,以决定系数为依据分别构建支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和径向基神经网络(RBFNN)模型,分析不同飞行高度无人机多光谱影像反演芳樟叶片含水率和叶水势的精度。结果发现:3个飞行高度下,基于RF模型的反演精度均高于SVM模型和RBFNN模型。F30处理对叶片含水率与叶水势反演效果均优于F60和F100处理。F30处理对叶片含水率反演的敏感光谱反射率+植被指数组合为红光波段反射率(R)、红边1波段反射率(RE1)、红边2波段反射率(RE2)、近红外波段反射率(NIR)、增强型植被指数(EVI)、土壤调节植被指数(SAVI)。RF模型训练集的R2、RMSE、MRE分别为0.845、0.548%、0.712%;测试集的R2、RMSE、MRE分别为0.832、0.683%、0.897%。对叶水势反演的敏感光谱反射率+植被指数组合为R、RE2、NIR、EVI、SAVI、花青素反射指数(ARI)。RF模型训练集的R2、RMSE、MRE分别为0.814、0.073 MPa、3.550%;测试集的R2、RMSE、MRE分别为0.806、0.095 MPa、4.250%。研究结果表明飞行高度30 m与RF方法分别为反演叶片含水率和叶水势的最优光谱获取高度与最优模型构建方法。本研究可为基于无人机平台的矮林芳樟水分监测提供技术支持,并可为筛选无人机多光谱波段与经验植被指数、实现植物长势参数快速估测提供应用参考。 展开更多
关键词 矮林芳樟 叶片含水率 叶水势 无人机 多光谱 飞行高度
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基于无人机多光谱遥感的矮林芳樟叶片精油产量反演 被引量：10
2
作者 鲁向晖 杨宝城 +3 位作者 张海娜 张杰 王倩 金志农 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期191-197,213,共8页
芳樟(Cinnamomum camphora(Linn.)Presl)精油在林业经济发展中具有巨大市场潜力,多光谱遥感产量预测是高效反演芳樟精油产量的新方式。本研究以矮林芳樟收获期精油产量为研究对象,利用无人机多光谱遥感技术,筛选敏感植被指数作为输入变... 芳樟(Cinnamomum camphora(Linn.)Presl)精油在林业经济发展中具有巨大市场潜力,多光谱遥感产量预测是高效反演芳樟精油产量的新方式。本研究以矮林芳樟收获期精油产量为研究对象,利用无人机多光谱遥感技术,筛选敏感植被指数作为输入变量,以地面同步观测的精油产量作为输出变量,采用支持向量机(Support vector machine,SVM)、随机森林(Random forest,RF)和反向传播神经网络(Back propagation neural network,BPNN)3种机器学习方法构建矮林芳樟精油产量预测模型。结果表明,修改型土壤调节植被指数(MSAVI)、优化土壤调节植被指数(OSAVI)、重归一化植被指数(RDVI)、土壤调整植被指数(SAVI)和非线性植被指数(NLI)对矮林芳樟精油产量呈现较高敏感性,其相关系数R分别为0.7651、0.8131、0.7711、0.7794、0.8183。SVM、RF、BPNN 3种机器学习方法构建的矮林芳樟精油产量预测模型训练集的决定系数R^(2)分别为0.723、0.853、0.770,均方根误差(RMSE)分别为11.649、9.179、10.484 kg/hm^(2),平均相对误差(MRE)分别为7.204%、10.808%、7.181%;验证集的R^(2)分别为0.688、0.869、0.732,RMSE分别为7.951、5.809、8.483 kg/hm^(2),MRE分别为6.914%、5.545%、7.999%。经过综合比较,以MSAVI、OSAVI、RDVI、SAVI、NLI作为输入数据,基于RF方法构建的矮林芳樟精油产量预测模型,模拟结果精度最高。研究可为提高基于无人机多光谱遥感的矮林芳樟叶片精油产量预测精度提供理论依据,为快速监测大面积经济植物生长状况提供技术支撑。 展开更多
关键词 矮林芳樟 多光谱 植被指数 反演 产量
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基于无人机多光谱遥感的矮林芳樟光合参数估测 被引量：3
3
作者 鲁向晖 龚荣新 +3 位作者 张海娜 王倩 张杰 谢荣秀 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期179-187,共9页
为探讨应用无人机多光谱技术估算矮林芳樟(Cinnamomum camphora(Linn.)Presl)光合参数的有效分析模型和方法,本研究以矮林芳樟为研究对象,通过无人机搭载的多光谱相机获取其冠层六波段光谱反射率,同步测量其净光合速率(Pn)、胞间二氧化... 为探讨应用无人机多光谱技术估算矮林芳樟(Cinnamomum camphora(Linn.)Presl)光合参数的有效分析模型和方法,本研究以矮林芳樟为研究对象,通过无人机搭载的多光谱相机获取其冠层六波段光谱反射率,同步测量其净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)4种光合参数,采用最佳指数因子(OIF)筛选光谱反射率和植被指数的组合作为自变量,分别采用偏最小二乘法(Partial least squares method,PLS)、反向传播神经网络(Back propagation neural network,BPNN)和随机森林(Random forest,RF)构建自变量与光合参数的估算模型,并分析比较各估算模型的精度。结果显示:矮林芳樟光合参数与叶片红边波段2(中心波长750 nm)和近红外波段(中心波长840 nm)反射率有密切关系;红边波段2、增强型植被指数2(EVI2)、红边叶绿素指数(CIrededge)组合的OIF值最大,为0.0126,可作为模型自变量的最佳组合;Pn、Ci、Gs、Tr 4种光合参数的最优模型均为BPNN,其建模集决定系数R^(2)分别为0.85、0.81、0.80、0.82,均方根误差(RMSE)分别为0.85μmol/(m^(2)·s)、16.23μmol/mol、0.03 mol/(m^(2)·s)、0.37 mmol/(m^(2)·s),相对分析误差(RPD)分别为2.59、2.33、2.28、2.37;验证集R^(2)为0.81、0.73、0.83、0.76,RMSE为1.46μmol/(m^(2)·s)、18.37μmol/mol、0.03 mol/(m^(2)·s)、0.67 mmol/(m^(2)·s),RPD为1.39、1.86、2.67、1.20。研究结果可为无人机多光谱遥感矮林芳樟光合参数估测提供理论依据,为快速监测大面积经济植物生长状况提供技术支撑。 展开更多
关键词 矮林芳樟 光合参数 估算 多光谱 植被指数 无人机遥感
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矮林芳樟扦插苗生长及养分累积特征 被引量：2
4
作者 孙鲁沅 刘佳 +4 位作者 章挺 张杰 赵姣 田应兵 李燕丽 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第10期4117-4125,共9页
为了解矮林芳樟扦插苗的生长及养分累积特征,以更好地指导肥料施用,对江西地区当前习惯种植方式下矮林芳樟扦插苗的株高、生物量、植株养分含量等进行了动态监测。结果表明:矮林芳樟扦插苗的株高、生物量及C、N、P、K累积量均可用Logis... 为了解矮林芳樟扦插苗的生长及养分累积特征,以更好地指导肥料施用,对江西地区当前习惯种植方式下矮林芳樟扦插苗的株高、生物量、植株养分含量等进行了动态监测。结果表明:矮林芳樟扦插苗的株高、生物量及C、N、P、K累积量均可用Logistic方程拟合,各指标拟合方程的决定系数(R^(2))在0.962~0.994,各指标的增长速率均表现为“慢-快-慢”的单峰变化规律。株高与生物量的快速增长期分别为5月16日—8月17日和6月26日—9月14日,快速增长持续时间分别为93.7 d和79.8 d,株高的最大增长速率0.26 cm/d出现在7月2日,生物量的最大增长速率0.24 g/(d·m^(2))出现在8月5日。植株C、N、P、K养分累积量与生物量的变化规律不完全一致,C、P的快速累积持续时间与生物量大体相当,分别为81.1 d和77.4 d;而N的快速累积启动较晚(6月30日)、结束较早(9月3日),K的快速累积启动最早(6月26日),结束也最早(8月22日),二者的快速累积持续时间分别为64.7 d和57.1 d,比生物量分别减少了15.1 d和22.7 d。可见,在当前习惯种植方式下,矮林芳樟扦插苗株高、生物量及养分累积量的增加随时间推移发生动态变化,生物量增长明显滞后于株高,植株N、K养分快速累积的结束时间均大幅早于生物量、持续时长也明显小于生物量,说明当前习惯种植方式下矮林芳樟扦插苗生长后期出现明显的N、K养分供应不足现象。建议根据矮林芳樟扦插苗生长及养分累积特征,在其生育后期适量增施N、K肥,以满足其正常生长所需的养分供给。 展开更多
关键词 矮林芳樟 扦插苗 生长 养分累积 LOGISTIC
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芳樟矮林栽植密度对红壤坡面细沟形态特征的影响
5
作者 罗欣 鲁向晖 +2 位作者 张海娜 韩晓雪 谢荣秀 《中国水土保持科学》 CSCD 北大核心 2024年第6期77-85,共9页
为探究芳樟矮林栽植密度对红壤坡面细沟形态特征的影响,以径流小区内栽植芳樟矮林为研究对象,在5°(S1)、10°(S2)和15°(S3)这3个坡度小区,分别设定3个栽植密度(D1:1.5 m×1.5 m、D2:1.0 m×1.5 m、D3:1.0 m×... 为探究芳樟矮林栽植密度对红壤坡面细沟形态特征的影响,以径流小区内栽植芳樟矮林为研究对象,在5°(S1)、10°(S2)和15°(S3)这3个坡度小区,分别设定3个栽植密度(D1:1.5 m×1.5 m、D2:1.0 m×1.5 m、D3:1.0 m×1.0 m),利用无人机摄影技术,分析自然降雨下1年生芳樟矮林坡地细沟形态特征。结果表明:细沟几何特征值随栽植密度增大而减小,随坡度增大而增大;细沟形态特征指标中,细沟密度、复杂度、割裂度、体积与宽深比的特征值范围分别为0.19~1.48 m/m^(2)、1.01~1.42、0.01~0.23、0.06~1.70 m^(3)和1.63~3.25,其中细沟宽深比随栽植密度增大而增大,随坡度增大而减小,其余指标变化与之相反;细沟横断面侵蚀形态属类U型;坡度是影响细沟形态特征的主要因素,且影响显著;相关性分析表明,细沟密度、复杂度与割裂度(相关系数分别为0.975、0.991和0.988)可作为评价坡面侵蚀量的优选指标。研究结果有助于优化芳樟矮林的栽植布局和密度,为红壤丘陵区预防坡面水土流失提供科学依据。 展开更多
关键词 芳樟矮林 栽植密度 红壤坡面 无人机 细沟形态特征 细沟横断面
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留桩高度对芳樟矮林萌芽特性及得油率的影响 被引量：6
6
作者 姜睿 张北红 +4 位作者 李凤 金志农 彭艺 徐涛 肖祖飞 《安徽林业科技》 2021年第6期13-18,共6页
本文以4年生芳樟矮林为材料,研究留桩高度(5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和30 cm)对芳樟矮林萌芽特性及得油率的影响。结果表明,留桩高度对芳樟矮林的萌芽特性有显著影响。留桩高度为20 cm时,芳樟矮林萌芽数和成枝数最多;留桩高度为15 cm时... 本文以4年生芳樟矮林为材料,研究留桩高度(5 cm、10 cm、15 cm、20 cm和30 cm)对芳樟矮林萌芽特性及得油率的影响。结果表明,留桩高度对芳樟矮林的萌芽特性有显著影响。留桩高度为20 cm时,芳樟矮林萌芽数和成枝数最多;留桩高度为15 cm时,萌条长度最大,地径最大;留桩高度5 cm,株高和冠幅最小。留桩高度对单株鲜重、单株叶片鲜重、单株小枝鲜重和单株主枝鲜重有显著影响,随留桩高度的增加而先增后降。其中留桩高度为20 cm时,单株鲜重、单株叶片鲜重、单株小枝鲜重和单株主枝鲜重最大。芳樟矮林叶片得油率随留桩高度的增加而降低,留桩高度对小枝和主枝的得油率影响不明显,叶片得油率显著高于小枝和主枝;叶片油细胞数量随着留桩高度的增加呈现先增加后减少趋势,叶片油细胞大小随着留桩高度的增加而增加。因此,芳樟矮林栽培适宜留桩高度为20 cm,此时获得生物量最大,单位面积精油产量最高。 展开更多
关键词 芳樟矮林 留桩高度 萌芽特性 生物量 得油率
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复合肥施用量对芳樟矮林生长及得油率的影响 被引量：4
7
作者 姜睿 彭艺 +2 位作者 李凤 陈山 肖祖飞 《四川林业科技》 2022年第5期92-97,共6页
矮林栽培芳樟的香精香料原料林模式,一年砍伐一次或两年砍伐三次枝叶提取精油,会导致土壤肥力衰退,特别是氮、磷、钾等流失严重。为给芳樟矮林施肥提供技术支持,以4年生芳樟矮林为材料,研究复合肥施用量(0 g·株^(-1)、12.5 g·... 矮林栽培芳樟的香精香料原料林模式,一年砍伐一次或两年砍伐三次枝叶提取精油,会导致土壤肥力衰退,特别是氮、磷、钾等流失严重。为给芳樟矮林施肥提供技术支持,以4年生芳樟矮林为材料,研究复合肥施用量(0 g·株^(-1)、12.5 g·株^(-1)、25 g·株^(-1)、50 g·株^(-1)、100 g·株^(-1)、200 g·株^(-1))对芳樟矮林生长和得油率的影响。结果表明,施用复合肥对芳樟矮林萌条长度和粗度有显著促进作用,施用100 g·株^(-1)复合肥显著促进芳樟矮林萌条增长、增粗生长,而对芳樟矮林萌条数影响不明显。施用25~100 g·株^(-1)复合肥均能显著促进芳樟矮林单株鲜重、单株叶鲜重、单株小枝鲜重和单株主枝鲜重,其中施用100 g·株^(-1)复合肥对单株鲜重、单株叶鲜重、单株小枝鲜重和单株主枝鲜重效果最好。施用复合肥对芳樟矮林单株叶片、小枝得油率无显著影响,但主枝得油率随施用复合肥量的增加而升高。因此,施用复合肥是通过促进芳樟矮林生物量,从而促进单位面积精油产量,且复合肥最适施用量为100 g·株^(-1)。 展开更多
关键词 芳樟矮林 复合肥 生物量 得油率
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叶面喷施N、P、K肥对芳樟矮林生长和出油率的影响
8
作者 陈中则 徐艺凤 +3 位作者 童瑶 魏希 阮佳诚 肖祖飞 《南方林业科学》 2023年第3期21-25,共5页
对比叶面喷施氮、磷和钾肥对芳樟矮林生长和出油率的影响,为芳樟矮林施肥提供理论参考。以芳樟矮林为试验材料,设置3个叶面喷施氮、磷和钾肥浓度,对施肥后芳樟矮林的地径、株高、生物量和出油率进行分析。结果表明,叶片喷施氮、磷和钾... 对比叶面喷施氮、磷和钾肥对芳樟矮林生长和出油率的影响,为芳樟矮林施肥提供理论参考。以芳樟矮林为试验材料,设置3个叶面喷施氮、磷和钾肥浓度,对施肥后芳樟矮林的地径、株高、生物量和出油率进行分析。结果表明,叶片喷施氮、磷和钾肥对芳樟矮林生长和出油率有显著影响,其中叶面喷施0.50%的钾肥对株高生长效果最好,2.00%的磷肥对地径生长的效果最好,叶面喷施0.50%的氮肥对生物量的累积效果最好;叶面喷施0.25%的氮肥鲜叶出油率最高,单株鲜叶精油产量最高的是叶面喷施0.50%的钾肥。综合生物量和精油产量指标,叶面喷施0.50%的氮和钾肥对芳樟矮林生长效果较好,能够显著提高单株生物量和叶片精油产量。 展开更多
关键词 芳樟矮林 叶面喷肥 生长 出油率
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基于无人机多光谱遥感和机器学习的芳樟矮林长势反演
9
作者 张跃 张海娜 +3 位作者 鲁向晖 张杰 万昊龙 罗欣 《农业机械学报》 2025年第8期380-389,共10页
采用无人机多光谱技术有助于快速准确获取芳樟的长势信息,为芳樟矮林田间精准管理提供技术支持。本文以南方红壤区的芳樟矮林为研究对象,采用多光谱相机获取芳樟矮林冠层遥感影像,通过田间实测获取芳樟叶片叶绿素相对含量(SPAD)、叶面... 采用无人机多光谱技术有助于快速准确获取芳樟的长势信息,为芳樟矮林田间精准管理提供技术支持。本文以南方红壤区的芳樟矮林为研究对象,采用多光谱相机获取芳樟矮林冠层遥感影像,通过田间实测获取芳樟叶片叶绿素相对含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)和地上生物量(AGB)数据,基于熵权法构建综合长势监测指标(CGMI),利用支持向量机(SVM)、反向传播神经网络(BPNN)、径向基函数神经网络(RBFNN)、决策树(DT)、多层感知机(MLP)、极端梯度提升(XGBoost)算法反演芳樟SPAD值、LAI、AGB、CGMI,对比分析单一指标和综合长势监测指标模型反演精度,最终选取最优模型。结果表明:基于6种机器学习算法分别构建芳樟矮林CGMI指标及单一指标反演模型,均表现出对芳樟CGMI反演效果最好,其模型测试集决定系数R2为0.614~0.862,均方根误差RMSE为0.074~0.953;在对CGMI指标的反演中,XGBoost模型在6种算法中的精度最高,其模型测试集决定系数R2为0.862,均方根误差RMSE为0.092。综上所述,对CGMI指标的反演可以准确判断出芳樟矮林的长势状况,XGBoost模型是芳樟矮林长势反演的最优模型,研究结果可为基于无人机多光谱技术的芳樟矮林长势监测提供参考依据。 展开更多
关键词 芳樟矮林 长势指标 植被指数 机器学习算法 无人机多光谱遥感
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