北京理加联合科技有限公司

LICA United Technology Limited

服务热线: 010-51292601
企业邮箱
应用支持 Application Support
News 应用支持

高光谱遥感监测水稻缺水胁迫的各种建模方法的比较

日期: 2020-05-25
浏览次数: 40

高光谱遥感监测水稻缺水胁迫的各种建模方法的比较

摘要:本研究旨在理解不同缺水胁迫下10个水稻基本型的表现。记录了不同胁迫水平下植物的相对含水量(RWC)以及在350-2500 nm范围内的高光谱数据。通过光谱指数,多元技术和神经网络技术确定最佳波段,并建立预测模型。建立了新的水敏感光谱指数,并就RWC评估了现有的水带光谱指数。这些基于指数的模型可以有效地预测RWCR2值为0.730.94。在350-2500 nm范围内的所有可能组合中,使用比率光谱指数(RSI)和归一化光谱指数(NDSI)绘制等高线,并量化与RWC的相关性以确定最佳指数。光谱反射率数据(ASD Field Spec3 spectroradiometer测量)还用于建立偏最小二乘回归(PLSR),然后进行多元线性回归(MLR)和人工神经网络(ANN),支持向量机回归(SVR)和随机森林(RF)模型来计算植物RWC。在这些多元模型中,PLSR-MLR被认为是预测RWC的最佳模型,校正和验证的R2分别为0.980.97,预测的均方根误差(RMSEP)为5.06。结果表明,PLSR是鉴定作物缺水胁迫的可靠技术。尽管PLSR是可靠的技术,但如果将PLSR提取的最佳波段馈入MLR,则结果会得到显着改善。使用所有光谱反射带建立了ANN模型。建立的模型未取得令人满意的结果。因此,使用PLSR选择的最佳波段作为独立x变量开发了模型,发现PLSR-ANN模型比单独的ANN模型更好。该研究成功地在各种建模方法之间进行了分析比较,以量化缺水胁迫。通过预测农作物的RWC,开发出的方法可通过预测农作物的RWC而更准确地识别缺水胁迫。

本研究的目标是:(1评估现有水带指数以及开发新的有效水带指数;(2)确定对作物的RWC敏感的最佳波段;(3使用多元技术和神经网络开发各种RWC预测模型,并彼此之间进行比较;(4评估PLSR-MLR模型以测试其功效是否优于仅通过PLS回归开发的模型。


缺水胁迫下光谱反射率的变化

通常,特定作物表现出相似的反射光谱。但是缺水胁迫带来了反射光谱的显著变化。该研究显示了不同缺水胁迫下植物的反射率模式。新鲜植物的反射率较低,而干燥植物的反射率较高。RWC降低,SWIR区域反射率反而增加,原因是1400 nm1900 nm处水吸收特征减弱。在350-700 nm波长区域观察到了类似的变化模式。蓝色和红色区域(叶绿素ab的吸收范围)中光谱显示出随着RWC降低,反射率增加。随着叶片的干燥,1400-1925 nm波长向较短波长移动,且光谱反射率增加。随着RWC的降低,1400-1500 nm1850-1900 nm处的吸收特征变浅。吸收率下降的原因是RWC降低而使水吸收特性减弱。在810-1350 nm的海绵状叶肉中的散射也反映出反射率随RWC降低而增加的类似趋势。此外,在中红外(1100-2500 nm)处的吸收也是一个强烈的吸收区域,随着RWC降低,叶片枯萎主要通过新鲜叶片中的水,其次是通过干物质(例如蛋白质,木质素和纤维素)而变得更加明显。

 

2显示了水稻叶片随相对含水量降低,其基因型的平均光谱反射率结果,显示了相对含水量的百分比以及不同时间间隔的响应光谱。

高光谱遥感监测水稻缺水胁迫的各种建模方法的比较

图8显示了从偏最小二乘回归模型中提取的潜在变量。光谱的波峰和波谷用于相对含水量预测的最佳波段。右下图显示了三个潜在变量的覆盖。


高光谱遥感监测水稻缺水胁迫的各种建模方法的比较

图13显示了使用校准和验证的R2RMSEP进行多元模型和神经网络模型的性能评估。


高光谱遥感监测水稻缺水胁迫的各种建模方法的比较

结论:这项研究成功地评估了基于指数,多元技术和神经网络的方法,准确地预测了水稻基因型缺水胁迫条件下的相对含水量(RWC)。评估了现有的水带指数,并提出了对水分胁迫敏感的新水带指数。发现MDWI是所有常规现有指数中最好的指数。新提出的指数优于所有其他指数。对于水稻作物的RWC的估算,MLR技术(PLSR-MLR模型)是最好的(产生高R2和低RMSEP),其次是通过PLSRANN技术开发的模型(PLSR-ANN模型)。因此,从这项研究中可以得出结论,及时发现缺水胁迫对于精准农业非常重要。通过这项研究开发的模型和指数可以有效地检测水分亏缺胁迫。使用高光谱反射率测量作物不同阶段的相对含水量(RWC)可以及时检测出水分亏缺胁迫。与基于地面的光谱辐射仪数据相比,高光谱成像可以提供大面积覆盖,并且将更加适合。研究区域无法获得高光谱图像,这限制了在区域尺度上评估缺水胁迫。在未来的研究中使用机载/卫星传播的高光谱数据可能会大大增强此类研究的实用性。为预测RWC而开发的方法可利用作物反射光谱更准确地识别缺水胁迫,并可用于开发抗旱品种。

高光谱遥感监测水稻缺水胁迫的各种建模方法的比较.pdf

News / 相关新闻 More
2020 - 09 - 11
【摘要】森林的长期生产力和固碳能力受气候变化影响,已成为全球关注的问题。本研究中,我们提供了一种简单且无损的方法来研究多时间尺度上树木CO2同化率。这种新的方法结合了树干液流和稳定碳同位素分辨率以估算碳同化率。我们通过分析变异性并进行配对样本t检验,比较了气体交换测量和新方法测得的CO2同化率,以验证其准确性和适用性。气体交换和同位素测量都表明早晨CO2同化率高于下午,峰值在10-11 am左右出现,可能是由于夜间的水储存和早晨的高气孔导度。侧柏日,月,年尺度上CO2同化率的变异性与供水条件有关。与以往的研究相比,我们利用稳定碳同位素分辨率(Δ13C)和树干液流测量估算的年CO2同化率的结果与传统方法结果相一致。侧柏对供水可以有效的响应,这就解释了为什么它可以很好地适应半干旱区环境。估算CO2同化率的新方法是准确的,且适用于北京周边的半干旱地区。【研究区域】位于燕山鹫峰国家森林生态系统研究...
2020 - 09 - 01
【摘要】最近研究发现,在混合落叶阔叶林中,相比于叶片氮含量,叶绿素含量可以更好地指示叶片的光合能力。叶片光合能力与叶绿素含量之间关系的一个关键概念就是光合成分(即光收集,光化学和生化成分)的协调调节。为了检验该假设,作者在生长季测量了水稻地叶片氮含量(NLeaf),叶片光合色素(即叶绿素(ChlLeaf),类胡萝卜素(CarLeaf)和叶黄素(XanLeaf))以及叶片光合能力(即1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)在25℃被羧化(Vcmax25)和再生(Jmax25)的最大速率)的季节性变化。同时还调查了NLeaf,叶片光合色素,晴天中午的叶片光化学植被指数(PRILeaf,noon)的有效性及其可能的组合,以估算水稻地的叶片光合能力(即Vcmax25和Jmax25)。ChlLeaf与Vcmax25和Jmax25高度相关(R2分别为0.89和0.87),优于NLeaf(R2分别为0.80和0...
2020 - 08 - 20
【摘要】正确理解地下水循环模式及其可更新能力对地下水资源的评估、合理开发和利用至关重要。在干旱或半干旱地区地下水补给量少且变异性高,因此难以估算。同位素研究和混合模型相结合可以直接估计含水层的可更新性。本文利用环境同位素方法研究了中国西北半干旱地区—银川盆地的潜水循环模式以及更新能力,主要研究了不同水体的同位素特征,潜水同位素年龄,水循环模式以及更新速率。结果表明,银川盆地主要有两个补给源,即局部大气降水(占13%)和黄河(占87%)。银川盆地潜水的平均滞留时间是48年,平均更新速率是3.38%/a。潜水具有较强的更新能力,更新速率与同位素年龄一致。【研究区域】位于中国西北地区的银川平原。图1 银川盆地位置图【样品收集和测量】收集了来自全球大气降水监测数据和国际原子能机构的30组降水数据,并收集了11个黄河水样品,47个潜水样品。利用LGR的液态水同位素分析仪测量所有水体的δ18...
2020 - 08 - 13
冷害是造成作物严重损失和不可逆转伤害的灾害之一。为避免产量损失,可利用高通量表型选择耐寒胁迫的作物品种。如今,无损光谱图像分析已成为一种有效方法,并已广泛应用于高通量表型分析中,反映出植物结构组成,生长发育过程中的生理,生化特性和特征。本研究利用卷积神经网络(CNN)模型提取可见-近红外范围的特征光谱估计玉米幼苗的冷害。文中以五个品种的冷处理玉米幼苗的高光谱图像为研究对象。光谱范围为450-885 nm。高斯低通滤波和Savitzky-Golay平滑方法结合一阶导数进行光谱数据的预处理。从每种玉米幼苗选定的感兴趣区域获取3600个像素样本用于CNN建模。CNN模型建立后,从高光谱图像中提取400个像素样本作为每个品种的测试集。最后,通过分析分类准确度和计算效率确定一个CNN模型。CNN检测到的不同类型的玉米幼苗的冷害水平分别为W22 (41.8 %),BxM (35%),...
关闭窗口】【打印
Copyright ©2018-2023 北京理加联合科技有限公司
犀牛云提供企业云服务

北京理加联合科技有限公司

地址:北京市海淀区安宁庄东路18号光华创业园5号楼(研发、售后)
          光华创业园科研楼二层东侧(销售、市场)
电话:010-51292601
传真:010-82899770-8014
邮箱:info@li-ca.com
邮编:100085

深圳办事处:

地址:深圳市宝安区创业二路玖悦雅轩商业裙楼3层瑞思BEEPLUS 3029室 手机:13910499772

武汉办事处:

地址:武汉市洪山区民族大道124号龙安港汇城A座1108 手机:13910499761


  • 您的姓名:
  • *
  • 公司名称:
  • *
  • 地址:
  • *
  • 电话:
  • *
  • 传真:
  • *
  • 电子邮箱:
  • *
  • 邮政编码:
  • *
  • 留言主题:
  • *
  • 详细说明:
  • *
在线留言
关注我们
  • 官方微信
  • 官方手机端
友情链接:
X
1

QQ设置

3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

5

电话号码管理

  • 010-51292601
6

二维码管理

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

展开