基于光谱信息的植被氮素快速探测仪器研究

发布时间：2021-11-14 13:28

　　最近几十年来,我国农业取得巨大成就的同时也面临着日益严重的危机,其中,化肥和农药过量投入问题,给生态环境、农产品安全和农业可持续发展都造成了巨大的压力。为了有效遏制这一局面,需要利用快速、无损、低成本的作物营养及长势信息探测设备来指导农业生产,实现按需施肥,增产的同时减少对环境的破坏。氮素是直接反映植被营养状况及代谢的重要组分,也是长势监测、营养诊断乃至品质评价的重要指标。便携式、实时、准确的植被氮素营养监测与诊断仪器是作物氮肥科学管理基运筹调控的必要手段和关键设备之一。本论文以研制植被冠层氮素的快速探测仪器为目标,以不同的技术方案对植被氮素含量快速探测的关键技术进行了研究,完成的主要研究成果和结论如下：（1）研制了以太阳光为光源,以滤光片为分光器件的被动光源式植被冠层氮素探测仪器—一（NRI-0SAVI）一体化氮素测量仪。该仪器以硅光电探测器为探测传感器,通过测量570nm、670nm和800nm三个特征波长处太阳的入射光和植被冠层的反射光,计算出三个特征波长的反射率,最终计算得到NRI和OSAVI植被指数值,可同时测定植被的氮素含量和长势青况。传感器视场角为60°,测量高度可变。试... 

【文章来源】：中国农业大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
    1.1 研究的目的和意义
        1.1.1 氮素是植被个体及生态系统的重要因子
        1.1.2 植被氮素来源
        1.1.3 植被氮素测量方法
        1.1.4 课题研究的目的和意义
    1.2 氮素及植被营养遥感探测国内外研究现状
        1.2.1 高光谱技术应用于植被冠层氮素探测
        1.2.2 高光谱图像应用于植被冠层营养诊断
        1.2.3 氮素检测仪器应用于植被营养诊断
        1.2.4 植被氮素垂直分布特性
        1.2.5 多波段激光雷达应用于植被营养诊断研究
    1.3 氮素快速探测仪器国内外研究现状
        1.3.1 被动光源的氮素快速探测仪器
        1.3.2 主动光源式植被氮素探测仪器
        1.3.3 多波段激光雷达研究进展
    1.4 本研究的主要难点
    1.5 本研究的主要研究内容
第二章 光谱探测理论及技术基础
    2.1 引言
    2.2 基于光谱的植被营养检测原理
    2.3 植被指数
    2.4 目标光学特性
        2.4.1 目标光学特性
        2.4.2 背景光学特性
    2.5 激光雷达理论
        2.5.1 激光雷达探测原理
        2.5.2 激光雷达距离方程
        2.5.3 激光测距
    2.6 本章小结
第三章 被动式植被冠层氮素探测仪器研究
    3.1 引言
    3.2 仪器开发
        3.2.1 整体介绍
        3.2.2 光学系统设计
        3.2.3 硬件电路设计
        3.2.4 软件设计
    3.3 仪器标定实验
    3.4 本章小结
第四章 主动式植被冠层氮素探测仪器研究
    4.1 引言
    4.2 仪器开发
        4.2.1 整体介绍
        4.2.2 光学系统设计
        4.2.3 硬件电路设计
        4.2.4 软件设计
    4.3 仪器标定与试验
        4.3.1 仪器标定
        4.3.2 仪器试验
    4.4 本章小结
第五章 多光谱激光雷达植被氮素探测研究
    5.1 引言
    5.2 激光雷达方程与波形模拟
        5.2.1 激光雷达方程
        5.2.2 多波段激光雷达回波波形模拟
    5.3 仪器研制
        5.3.1 激光光源
        5.3.2 光学系统
        5.3.3 光电探测器
        5.3.4 模数转换与波形记录
        5.3.5 扫描装置
    5.4 仪器试验
        5.4.1 光路及波形检测实验
        5.4.2 测距实验
        5.4.3 光谱试验
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要研究进展与成果
    6.2 主要创新点
    6.3 论文存在的不足和今后研究的方向
附录
参考文献
致谢
个人简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国氮肥发展、贡献和挑战[J]. 张卫峰,马林,黄高强,武良,陈新平,张福锁.  中国农业科学. 2013(15)
[2]作物生长信息获取多光谱传感器设计与试验[J]. 倪军,王婷婷,姚霞,曹卫星,朱艳.  农业机械学报. 2013(05)
[3]烤烟冠层光谱参数与氮素垂直分布相关性研究[J]. 叶晓青,邹勇,余志虹,陈雨峰,王维,陈建军.  农业机械学报. 2013(05)
[4]便携式作物生长监测诊断仪性能试验[J]. 杨建宁,张井超,朱艳,姚霞,曹卫星,倪军.  农业机械学报. 2013(04)
[5]基于ASD和FISS的植被叶片氮素含量反演研究[J]. 熊鹰,刘波,岳跃民.  生态环境学报. 2013(04)
[6]便携式作物生长监测诊断仪的设计与试验[J]. 倪军,姚霞,田永超,曹卫星,朱艳.  农业工程学报. 2013(06)
[7]高光谱在水稻含氮量测定中的应用研究[J]. 吴连喜,胡军杰,游党呈,王臻.  安徽农业科学. 2013(02)
[8]基于LabVIEW实现的多光谱激光雷达数据采集与处理系统[J]. 史硕,龚威,祝波,宋沙磊.  光学与光电技术. 2012(06)
[9]苹果叶片氮素含量快速检测模型[J]. 张瑶,郑立华,李民赞,邓小蕾.  农业机械学报. 2012(S1)
[10]四波段作物冠层分析仪设计[J]. 李修华,张锋,李民赞,赵瑞娇,李树强.  农业机械学报. 2011(11)

博士论文
[1]小麦冠层和单叶氮素营养指标的高光谱监测研究[D]. 姚霞.南京农业大学 2009
[2]基于光谱的烟草生长与品质监测研究[D]. 李佛琳.南京农业大学 2006

硕士论文
[1]面向变量施肥应用的OSAVI测量仪的设计[D]. 赵天奇.北京化工大学 2009
[2]成像光谱仪分光技术研究[D]. 苏丽娟.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2006



本文编号：3494723