基于成像光谱的冬小麦生长近地监测研究

论文摘要

【目的】试图阐明近地高光谱成像仪在测定作物光谱中的特点及在仪器使用时应注意的问题,并应用近地高光谱成像仪对小麦主要生长指标进行监测,为促进高光谱成像仪在作物定量遥感中的应用,提高作物理化参数的遥感估测水平和今后更好地应用卫星成像光谱数据进行作物监测提供依据。【方法】利用2006～2008年在大田条件和温室栽培同步测定、采集的不同品种、不同氮素处理的小麦冠层光谱与农学数据,通过定性和定量地分析冠层光谱反射特征、微分光谱特征差异及农学指标与冠层光谱之间的相关性,建立冬小麦冠层叶绿素密度、覆盖度、生物量、叶片氮素含量监测模型。【结果】表明:MSI200成像光谱仪与ASD Fieldspc FR2500光谱仪所获得的小麦冠层光谱DN值相同,两仪器光谱曲线波形一致,反射率值及相应光谱特征参量达极显著相关水平。MSI200型成像光谱仪因能成像,可通过图像明确地物目标,并得到该地物纯光谱信息,可以利用该信息进行地物分类识别并成图。利用这种方法进行小麦叶片识别与成图时,对阴影和土壤等背景噪声有明显抑制效果。用MSI200成像光谱仪所得光谱特征参数与冬小麦冠层叶绿素密度、覆盖度、生物量、叶片氮素含量分别建立回归模型对其进行遥感诊断,以比值植被色素指数PPR对叶绿素密度、绿度植被指数GNDVI对冠层覆盖度、转换叶绿素吸收反射指数TCARI对冠层生物量、550nm单波段反射率对叶片氮素含量预测精度最高,误差最小。基于MSI 200成像光谱仪模型的RMSE分别为0.0979、0.0107、0.6197和0.2148, RE为4.46%、8.53%、7.92%和5.46%,模型精度明显优于ASD Fieldspc FR2500,能够更好的对小麦苗期叶绿素密度、覆盖度、生物量和叶片氮素含量进行遥感估测。【结论】以ASD Fieldspc FR2500光谱仪为对照,MSI 200成像光谱数据真实、可靠,能够用于地物波谱信息的测量。用MSI 200成像光谱仪所得光谱特征参数对冬小麦叶绿素密度、覆盖度、生物量和叶片氮素含量分别建立回归模型对其进行遥感监测,所得最优模型分别为: CCD = 0.4286 PPR - 0.0818 R2 = 0.7949 n=20 COV = 224.98 GNDVI - 33.738 R2 = 0.9016 n=20 COBI= -559.5 TCARI + 98.084 R2 = 0.7988 n=20 LNC= -0.1301 R550 + 6.596 R2 = 0.9338 n=20

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 高光谱遥感技术在农业领域中的应用
• 1.2.1 植被高光谱遥感的基本原理
• 1.2.2 植被不同波段光谱的主要特征
• 1.2.3 高光谱遥感在作物理化参量监测上的应用
• 1.2.4 高光谱遥感分析中常用光谱特征参量的应用概况
• 1.3 成像光谱仪的应用
• 1.4 研究内容及技术路线
• 第二章 试验方案与研究方法
• 2.1 试验地点
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 品种试验
• 2.2.2 氮素试验
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 光谱数据的采集
• 2.3.2 农学参数的采集
• 第三章 成像光谱仪与传统非成像地物光谱仪的特点与数据比较
• 3.1 成像光谱仪的原理、结构及功能
• 3.1.1 成像光谱仪的原理
• 3.1.2 成像光谱仪的功能及技术指标
• 3.2 传统非成像地物光谱仪原理及技术指标
• 3.2.1 传统非成像地物光谱仪的原理
• 3.2.2 传统非成像地物光谱仪的技术指标
• 3.3 两种光谱仪数据比较
• 3.3.1 MSI200 成像光谱仪数据特点
• 3.3.2 光谱反射率比较
• 3.3.3 光谱特征参量比较
• 3.4 MSI200 成像光谱仪及ASD Fieldspc FR2500 光谱仪监测冬小麦叶绿素密度
• 3.5 本章小结
• 第四章 成像光谱监测冬小麦冠层覆盖度及生物量
• 4.1 小麦不同生物量和冠层覆盖度的光谱响应
• 4.2 冠层光谱特征参量与生物量间的分析
• 4.3 光谱特征参量与冠层覆盖度的分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 成像光谱监测冬小麦氮素营养状况
• 5.1 不同氮素处理的冬小麦冠层光谱反射率响应
• 5.2 不同氮素处理的冬小麦冠层光谱特征参量响应
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论与讨论
• 6.1.1 结论
• 6.1.2 讨论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师评阅表