基于无人机高光谱分数阶微分的马铃薯地上生物量估算

发布时间：2022-02-15 08:04

　　以马铃薯为研究对象,利用无人机得到现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的高光谱数据实测了地上生物量（Above ground biomass,AGB）数据。首先利用成像高光谱影像提取每个生育期马铃薯冠层高光谱反射率数据;然后,利用分数阶微分计算高光谱0～2阶微分（间隔0.2）,将各阶微分下的光谱数据与地上生物量进行相关性分析,挑选出相关系数绝对值较大的前9个微分波段;最后,利用多元线性回归（Multiple linear regression,MLR）、随机森林（Random forest,RF）和人工神经网络（Artificial neural network,ANN） 3种方法构建基于分数阶微分光谱的整体、不同品种、不同密度和不同施肥下的马铃薯AGB估算模型,并进行了对比。结果表明:各生育期相关系数绝对值最大值出现的阶数不同,现蕾期为0.8阶微分（470 nm）;块茎形成期为1.8阶微分（710 nm）;块茎增长期和淀粉积累期为1.6阶微分（718、722、766 nm）;成熟期为1.0阶微分（622 nm）。相较于整数阶微分,高光谱分数阶微分与AGB的相关性更高,分... 

【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(12)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

马铃薯试验位置和试验设计

为筛选出与马铃薯AGB相关性较好的原始冠层光谱波段，通过相关性分析，得到各个生育期原始冠层光谱与AGB的相关性，结果如图3所示。从图3可以看出:(1)现蕾期，冠层原始光谱在波段454～718 nm范围内与马铃薯AGB呈极显著负相关(P<0.01)，在波段746～914 nm范围内与AGB呈极显著正相关。由于与AGB相关的光谱波段主要是可见光波段，故选取相关性较大的波长478、674 nm，其相关系数分别为-0.64和-0.66。(2)块茎形成期，冠层原始光谱分别在波段558～698 nm、726～950 nm与AGB呈极显著负、正相关。相关性较高的波长为766、778 nm，其相关系数分别为0.63和0.63。(3)块茎增长期，冠层原始光谱分别在波段454～702 nm、718～950 nm与AGB呈极显著负、正相关。相关性较大的波长为610、770 nm，其相关系数分别为-0.72和0.71。(4)淀粉积累期，冠层原始光谱分别在波段454～710 nm、714～950 nm与AGB呈极显著负、正相关。相关性较高的波长为482、618、746 nm，其相关系数分别为-0.70、-0.67和0.76。(5)成熟期，冠层原始光谱在波段914～950 nm与AGB呈极显著负相关，未见波段与AGB呈极显著正相关。在可见光波段范围内选择相关系数绝对值较大的波长550、694 nm，其相关系数为-0.33和0.25。图3 马铃薯不同生育期原始冠层光谱与AGB相关系数

马铃薯不同生育期原始冠层光谱与AGB相关系数

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高光谱遥感与SAFY模型的冬小麦地上生物量估算[J]. 刘明星,李长春,李振海,冯海宽,杨贵军,陶惠林.  农业机械学报. 2020(02)
[2]基于无人机高光谱长势指标的冬小麦长势监测[J]. 陶惠林,徐良骥,冯海宽,杨贵军,苗梦珂,林博文.  农业机械学报. 2020(02)
[3]基于无人机数码影像的冬小麦株高和生物量估算[J]. 陶惠林,徐良骥,冯海宽,杨贵军,杨小冬,苗梦珂,代阳.  农业工程学报. 2019(19)
[4]分数阶微分对盐渍土野外光谱预处理精度提升的机理分析[J]. 田安红,熊黑钢,赵俊三,付承彪.  光谱学与光谱分析. 2019(08)
[5]分数阶微分算子在煤矿监测数据融合处理中的应用[J]. 左延红,程桦,程堂春.  煤炭学报. 2020(02)
[6]基于机器学习算法的冬小麦不同生育时期生物量高光谱估算[J]. 吴芳,李映雪,张缘园,张雪红,邹晓晨.  麦类作物学报. 2019(02)
[7]基于Hyperion高光谱影像的冬小麦地上干生物量反演[J]. 任建强,吴尚蓉,刘斌,陈仲新,刘杏认,李贺.  农业机械学报. 2018(04)
[8]基于综合指标的冬小麦长势无人机遥感监测[J]. 裴浩杰,冯海宽,李长春,金秀良,李振海,杨贵军.  农业工程学报. 2017(20)
[9]光谱分数阶微分与玉米叶片重金属铜含量的相关性分析[J]. 张文文,杨可明,夏天,刘聪,孙彤彤.  科学技术与工程. 2017(25)
[10]Sentinel-2数据的冬小麦地上干生物量估算及评价[J]. 郑阳,吴炳方,张淼.  遥感学报. 2017(02)



本文编号：3626255