新疆加工番茄主要病害遥感监测方法研究

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新疆是我国最大的加工番茄种植基地,其番茄酱产量占全国产量的70%以上,加工番茄产业化发展对新疆农业结构调整优化、农民增收意义重大。但近年来,加工番茄病害严重、以及种植户在防控过程中滥施农药,导致加工番茄原料有害物质超标,严重影响加工番茄制成品的质量和出口贸易。对于加工番茄常见疾病的实时防控,成为保障新疆加工番茄产业健康发展的关键环节。  遥感技术在新疆农业生产领域应用广泛,相对于传统农业观测技术而言,遥感监测技术具有应用成本低、效率高、面积广、实时性好等显著优势,农业领域遥感技术集成已成为新疆农业现代化的标志之一。本论文利用遥感技术,对新疆加工番茄种植中常见的早疫病、细菌性斑点病和白粉病展开光谱分析,通过测定加工番茄三种病害叶片、冠层光谱数据,结合卫星遥感数据,分析光谱反射率与病害严重度的关系,采用格拉姆-施密特正交变换方法(Gram-Schmidt)、偏最小二乘法(PartialLeast-Squares Algorithm,PLS法)、支持向量机(Support Vector Machine Network,简称SVM)、遗传算法(Genetic Algorithm,简称GA)等,分别在叶片、冠层、田间三个水平上,对病害进行识别与预警。研究主要结论:  (1)不同病害类型、不同病害等级的加工番茄病害光谱响应差异显著。随着病害的加重,在可见光范围内,对红光、蓝光的吸收增强,对绿光的反射增强;在近红外760-930nm范围,表现为随着病害的加重,光谱反射率降低;在光谱面积参数中,三种病害的蓝边面积、黄边面积、红边面积在叶片变化差异显著,蓝边和红边面积散点图呈线性分布,黄边面积散点图呈分散状态。  (2)通过试验,测算得出加工番茄主要病害的敏感光谱。依据加工番茄病害类型、病害严重度与光谱响应差异,可以依次得到加工番茄早疫病、细菌性斑点病和白粉病在叶片、冠层和田间的敏感光谱,为加工番茄主要病害的识别与估测提供技术参数支持。  (3)利用加工番茄病害光谱特征及规律,以及确定出的加工番茄病害敏感光谱,对叶片、冠层和田间三个水平不同病害进行识别与估测。利用GA-SVM模型对叶片的病害等级进行识别,与传统的色素含量指数相比,新建的色素含量指数的估测精度较高;利用Gram-Schmidt和PLS对冠层加工番茄早疫病DI进行估测,对原始光谱反射率进行一阶、二阶和反对数变换,构建多波段诊断模型,确定最佳估测模型,实现病害较高精度估测。利用HJ星影像对加工番茄病害区进行监测,得出新建PTD植被指数具有最优的识别效率,同时利用GA-SVM模型寻找最优的参数c和g,最后应用于CCD影像,实现对加工番茄主要病害的实时监测。  本论文从叶片、冠层和田间三个水平展开加工番茄主要病害识别与估测,将SVM和GA算法引入到叶片病害等级识别和卫星影像病害防治区识别,将Gram-Schmidt、PLS引入到叶片色素含量估测和冠层DI的估测,研究结果表明在显示识别能力和估测精度方面,较单一应用任一方法效果更好,改善了遥感技术在农作物病害监测上的应用效果,在病害识别和估测方法上有一定创新。
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