基于光谱变换的施硒苦荞叶绿素含量监测模型研究

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本试验对开花期大田苦荞进行不同硒水平处理,以苦荞叶绿素含量为因变量,以苦荞原始冠层光谱和5种光谱变换处理为自变量,分别对比分析不同光谱变换与叶绿素含量之间的相关关系,构建叶绿素含量监测PLSR全谱模型,再用SPA+SMLR提取的苦荞冠层光谱特征波段模型,对比两种模型,筛选出苦荞叶绿素含量监测的最优冠层光谱变换方式。研究结果表明:(1)在苦荞开花期施硒处理后5 d、10 d、15 d,施硒苦荞叶绿素含量随着生育进程的不断推进表现出相同的变化趋势,即施硒苦荞叶绿素含量先升高后降低。施硒各处理间叶绿素含量从差异显著到差异性逐渐减小。(2)同一硒水平下,不同生育进程的苦荞冠层光谱反射率,具有一定的规律性变化差异,在可见光波段和近红外波段的范围内,其随着生育进程的推进呈现出降低的变化趋势;不同硒水平下,同一生育进程的苦荞冠层光谱反射率也存在着一定的差异,在苦荞可见光波段内,冠层光谱反射率变化趋势并不明显,在苦荞近红外波段内,其反射率随着硒水平的增加呈现明显降低的趋势,且在红光处(680 nm)有一个吸收谷,与近红外波段变化相反。(3)与原始冠层光谱数据(T0)相比,没有涉及一阶导数变换处理的光谱变换(如倒数、对数、平方、立方等光谱变换方法)的光谱曲线特征变化不明显,而经一阶导数处理的光谱变换(T5)所呈现的光谱特征信息表现更为明显,可以有效去除噪声的影响。(4)用偏最小二乘法(PLSR)对T0、T1、T2、T3、T4、T5进行苦荞原始冠层光谱数据与变换冠层光谱数据的全谱建模,结合PLSR建模时最佳因子数,得到经一阶导数变换处理的苦荞冠层光谱(T5)(Rc2=0.942,RMSEc=0.129,RPDc=3.069;RV2=0.619,RMSEV=0.498,RPDV=1.928)模型表现最好。(5)用连续投影算法(SPA)对T0、T1、T2、T3、T4、T5进行苦荞冠层光谱特征波段的提取,发现苦荞叶绿素含量与苦荞冠层光谱表现敏感的特征波段区域是400-700nm(可见光波段)和700-1250 nm(近红外波段)。(6)经SPA提取苦荞冠层光谱特征波段,用SMLR建立苦荞叶绿素含量光谱监测模型,并对PLSR建立的苦荞冠层光谱全谱模型进行验证分析,得到原始冠层光谱经一阶导数变换处理(T5)(Rc2=0.783,RMSEc=0.237,RPDc=2.823;RV2=0.574,RMSEV=0.481,RPDV=1.952)模型表现最好。
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