北京理加联合科技有限公司

LICA United Technology Limited

服务热线: 13910499761 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: 188

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
2024 - 04 - 26
目录1. 后处理方法介绍1.1 Ustar阈值判断(主要针对夜间NEE)1.2 数据插补1.2.1 查表法插补(LUT法)1.2.2 平均日变化曲线法(MDC法)1.2.3 样本边缘分布采样法(MDS法)1.3 数据拆分2. REddyProc包处理数据格式介绍2.1 输入需要处理数据的格式2.2 输出处理完毕数据的格式3. REddyProc包的R代码介绍3.1 准备—R程序包安装、运行、目标数据导入和调整3.2 数据后处理3.2.1 Ustar阈值计算3.2.2 数据插补3.2.3 NEE拆分插补3.2.4整合处理结果并输出数据涡动通量数据处理分为在线处理(online-processing)和后处理(post-processing)。其中在线处理针对高频通量数据(e.g.10Hz data)通过一系列标准方法进行计算,最后得到带有质量评价的低频通量数据(e.g.half-hour d...
2024 - 04 - 26
近年来,采用涡动相关(eddy-covariance,EC)方法测量温室气体通量的站点数量在迅速增加,但是要在科学目的、工程标准、安装运行成本和实用性之间做出平衡,寻找到最佳的解决方法,仍是一个具有挑战的工作。从观测结果准确性和精确度来说,选址、建塔等站点设计的环节是重中之重。1、位置选择站点选址的基本原则是,该站点能够尽量观测到全部的研究对象,这涉及到两个问题,一个是方向,一个是架设高度。首先是确定观测区域近几年的主风向,可以参考近几年的气象数据。由于中国大部分地区是季风气候,一般在春夏和秋冬会有两个主风向,这时候要考虑通量仪器的架设方向,实验观测的主要周期等。如果仪器架设方向可以随主风向的改变方便调整,或者实验周期是明确区分了春夏或者秋冬,那么在选址时可以选在观测对象的下风向,这样可以尽可能多的观测到目标对象;如果不能改变通量仪器的架设方向,且是长期定位观测,那尽量将观测地点选址在观测...
2024 - 04 - 18
大兴安岭地处中国东北,这里的气候寒冷干燥,冬季漫长而严寒,夏季则短暂而凉爽,适宜白桦的生长。亭亭白桦,悠悠碧空,微微南来风。春天,是大兴安岭的白桦树复苏的季节。雪融水润,大地回春,在这神秘而美丽的土地上,白桦树以其独特的水分利用能力,展现出了大自然魅力。大兴安岭南部白桦的水分利用规律及其对干旱环境的适应性本研究旨在考察大兴安岭南部天然次生林中主要植物白桦(Betula platyphylla)的水分利用模式。该调查利用氧稳定同位素技术,时间跨度涵盖2019年7月至2020年9月。东北地区研究区的位置及其森林分布(绿色)。“其他”是指林地(灰色)以外的土地利用类型。在两年的时间里,在纯白桦林内建立的 30 m × 30 m 的样地内进行了季节性田间试验。作者选择了五棵健康的白桦木,其高度和胸径接近研究区域的平均值。样地土壤剖面较浅(厚度约为 40-70 厘米)土壤采样在每月中旬无雨...
2024 - 04 - 15
中国农业发生于新石器时代。中国农业的生产结构包括种植业、林业、畜牧业、渔业和副业;但数千年来一直以种植业为主。东北地区的黑土地,是宝贵的农业资源。黑土地的土壤富含有机质,深黑色的沃土,沉甸甸的感觉让人感受到这片土地的肥沃。在现代农业生产中,科技的应用在这片沃土上也发挥着至关重要的作用,科研团队利用机载高光谱对黑土地的土壤有机质做了相关研究。使用无人机高光谱图像和小型校准数据集对田间土壤有机质进行高分辨率测绘快速获取田间尺度土壤有机质(SOM)的高分辨率空间分布对于精准农业至关重要。无人机成像高光谱技术以其高空间分辨率和时效性,可以填补地面监测和遥感的研究空白。本研究旨在测试在中国东北典型低地势黑土地区使用无人机高光谱数据(400–1000 nm)和小型校准样本集进行1 m分辨率SOM绘图的可行性。该实验在大约20公顷的土地上进行。为了进行校准,使用 100 × 100 m 网格采...
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(生产研发)
          光华创业园科研楼四层
电话:13910499761 13910499762 010-51292601
传真:010-82899770-8014
邮箱:info@li-ca.com
邮编:100085

 

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

 


 


  • 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