基于无人机高光谱图像的枸杞冠层叶绿素含量反演

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:iobject
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
枸杞是宁夏回族自治区的地理标志产业,是宁夏走向世界的一张“红色名片”,对宁夏的经济发展具有重大战略意义,而叶绿素含首先采用Savitzky-Golay滤波器对光谱反射率曲线进行了平滑处理,之后对平滑后的反射率数据量是衡量枸杞光合能力、反映枸杞生长状况的重要指标。为在实际的农业生产中快速、精确的监测枸杞的生长信息,估测枸杞产量,为大面积农田作物生产提供管理调控的科学依据。本研究以盛果期枸杞叶片叶绿素含量为研究对象,利用无人机搭载高光谱相机获取高光谱图像,提取枸杞叶片反射率构建叶绿素含量反演模型并进行验证。利用无人机搭载高光谱摄像仪获取了位于宁夏回族自治区同心县枸杞种植基地盛果期枸杞冠层的高光谱图像,地面采用快速SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)测定仪同步获取能反映作物叶片叶绿素含量的SPAD值,对高光谱影像进行预处理后提取得到枸杞冠层光谱反射率数据R,对原始光谱反射率数据R采用一阶导数R’、对数Log(R)、归一化N(R)、对数的导数Log(R)’及归一化后的导数N(R)’共五种光谱变换方式进行了处理;分别对六种光谱反射率数据采用随机蛙跳(RF)和主成分分析(PCA)算法进行了特征提取,并计算了基于原始光谱数据的植被指数和基于一阶导数光谱数据的光谱参数,采用相关性分析,筛选出了对SPAD值相关性较高的植被指数和光谱参数;构建了基于偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机回归(SVR)、反向传播神经网络(BPNN)的SPAD值估算模型,对比了基于不同光谱变换方法和不同特征提取算法的模型估算精度;最后利用MATLAB设计了基于最优特征提取算法及最优模型的SPAD值预测系统,并利用ENVI制作了研究区SPAD值的空间分布图。结果表明,无人机高光谱反演枸杞冠层SPAD值的精确度较高,实现了大田枸杞SPAD值的快速、无损检测,为监测用以指导枸杞施肥调控的叶绿素含量提供了新的技术手段。研究得到的主要结论如下:(1)在五种光谱变换方法中,一阶导数变换在提高光谱数据与SPAD之间相关性的效果最为稳定,其次为对数光谱的一阶导数变换。(2)光谱反射率数据与SPAD值的相关性分析表明,对SPAD值变化敏感的特征波长为712nm、716nm、720nm。(3)对比两种特征提取算法发现,基于PCA特征波段提取算法的建模效果更好,其中,PCA-PLSR模型相比RF-PLSR模型的R2提高了 10%。PCA-BP模型相比RF-BP模型的R2提高了74.4%(4)在10种光谱参数中,最小振幅λmin表现出与SPAD值较高的相关性,相关系数达到了-0.546;在5种植被指数中,MCARI(修正型叶绿素吸收植被指数)与SPAD值有相关性,相关系数为0.455。(5)在3种SPAD值预测模型中,PLSR模型的预测效果最好,其中,基于一阶导数光谱的3个主成分建立的PLSR模型的估算精度最高,验证集R2达到了 0.877,BP其次,验证集R2为0.732,在SVR模型中R2为0.637。(6)利用MATLAB GUI工具设计了电脑端枸杞冠层SPAD值预测图形用户界面。制作并分析了研究区枸杞冠层SPAD值空间分布图发现,研究区枸杞SPAD值处于正常水平,枸杞长势良好;
其他文献
阿舍利技术是人类演化历史上存在时间最长的石器技术,分布范围涵盖非洲、欧洲、亚洲的大部分地区。手斧、薄刃斧、手镐等大型工具是阿舍利技术中最具有特色的工具类型,也是绵延数百万年的人类发展史上首次出现的具备一定标准化的工具。这些大型工具成为探讨早、中更新世古人类迁徙和文化交流的重要材料,也为探讨古人类的行为和认知能力提供了重要线索。与旧大陆西侧的阿舍利研究相比,中国的阿舍利技术研究基础还比较薄弱,对中国
学位
石墨烯材料的出现,引发了对二维材料研究的热潮,在光催化、光电器件和太阳能电池等领域得到了人们极大的关注。二维材料多孔的结构和较高的比表面积,使其具有优异的物理化学特性。同时,较高的的电子-空穴迁移效率和丰富的吸附中心位点使得二维材料在光催化和光伏器件领域展现出较高的应用价值。非绝热动力学通常与激发态载流子动力学和光物理有关,包括电荷和能量转移,以及载流子的解离和电荷复合。理解二维材料中的非绝热分子
学位
随着能源消耗日趋增大、环境污染日益严重,实现绿色低碳发展受到全球重视。中国作为最大的发展中国家提出了“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的双碳目标。加快发展非化石能源、促进清洁能源大规模应用是实现双碳目标的重要手段,锂离子电池作为能量存储和转换的重要系统之一,在能量密度和安全性方面具有公认优势,因此得到了大力发展。传统负极材料石墨的比容量(372 mAh·g-1)已经难以满足电动汽车
学位
近些年,伴随着国内互联网科技和金融行业的迅速发展,一些个人贷款业务迅速增长,比如个人住房贷款、购车贷款、网络贷款等,在很大程度上促进我国经济发展的同时,隐藏着一系列的风险问题。在这其中,对贷款申请人进行风险信用评估是开展消费信贷业务的一个关键环节。但是,由于贷款机构或者商业银行只能根据贷款人提供的个人信息以及收入证明等材料去评估贷款人的还款能力,而对于个人征信状况很难开展详细的审核调查工作,难免存
学位
现代化石能源短缺和环境污染的问题日益严重,我国制定了碳中和的重大战略,因此对于可持续的清洁能源的探索和开发引起了人们的重视。在各种各样的能量储存和转换系统中,可充电的锂氧气电池的理论能量密度高达3457 Wh kg-1,超传统锂离子电池的10倍之多,因而吸引了人们研究锂氧气电池的兴趣。然而,锂氧气电池的广泛使用仍然因为许多因素受限,比如循环效率差、过电位高、循环稳定性差、倍率能力差等。制约锂氧电池
学位
量子速率极限(Quantum Speed Limit,QSL)起源于海森堡不确定性原理。1945年,Mandelstam和Tamm在前人理论基础上将时间与能量不确定性关系解读为对量子幺正动力学时间尺度的描述,由此推导出一种量子速率极限界——MT界,其与系统能量标准差有关。1998年,Margolus和Levitin提出另一种量子速率极限界,即与系统能量平均值有关的ML界。以上述两种界为主流,量子速
学位
微带天线是相对成熟的天线类型,具有低剖面、体积小和易共型等优势,同时也存在窄带宽和低增益等劣势。目前超表面逐渐成为热门的研究领域,理论上可以制造出任意介电常数和任意磁导率的超表面。通过将超表面和微带天线相结合,来提高微带天线的部分性能。本文的设计利用超表面与微带天线的优势相结合,研究超表面对天线的极化特性和频率特性等影响。设计出两种基于超表面的可重构天线,并且可以通过机械旋转超表面的方式来实现天线
学位
在全球能源结构转型和低碳化发展共识背景下,有机光伏逐渐成为了推动清洁可再生能源和绿色环保产业发展的重要分支方向。近年来,基于小分子受体体系的有机光伏器件光电转换效率已经到了1 9%以上。此外,随着物联网技术的兴起,各类低功耗微电子器件得到了广泛应用。这些低功耗器件的使用范围大多分布于弱光环境,对持续离网供能的能源技术提出了新的要求。相较于目前光伏生产中广泛使用的硅基材料,有机光伏材料的吸收光谱连续
学位
土地资源利用的合理规划对于一个城市未来的发展至关重要,其中国土资源利用状况的统计、城市扩张与乡村城镇化建设的规划、城市发展与生态保护之间的统筹协调等都需要对区域的地表覆盖类型进行识别分类。本文基于深度学习与遥感技术使用哨兵二号遥感数据对银川市进行了地物分类研究。本文的研究内容如下:(1)数据集的制作。本文基于哨兵二号遥感数据制作银川市的地物分类数据集,共分为5种地物类别,分别是建筑、耕地、植被、水
学位
药品安全关乎国计民生,近些年来我国药品风险事件时有发生,造成了极其恶劣的社会影响,导致国民对社会的药品安全充满担忧。药品是用于预防、治疗、诊断人的疾病,有目的地调节人的生理机能并规定有适应症或者功效主治、用法和用量的物质,包括中药、化学药和生物制品以及其他含有毒性或从药效学角度上,含有非活性物质的特殊产品。药品风险是贯穿于药品产业链中各个阶段的现代风险。通过对药品风险刑事法规制的立法现状和司法现状
学位