基于冠层高光谱的加工番茄单产估算模型的研究

论文摘要

高光谱分辨率遥感从产生发展至今仅有二十多年的历史,但却发展迅猛,已在很多学科领域（地理学、地质学、生态学、植被研究、环境科学、大气科学和海洋科学）得到广泛的研究和应用。其显著特点是在特定光谱区域内有高光谱分辨率同时获取连续的地物光谱曲线,光谱信息量大,由于高光谱遥感能提供更多的精细光谱信息,有利于选择各种单一地物光谱差异明显的波段,使它也广泛地应用于植被遥感中,并已成为地表植被地学过程中对地观测的强有力工具。本研究主要探讨加工番茄产量形成的几个关键时期——苗II期至采收期冠层反射光谱特征,采用两类分析方法,一是通过多元统计和逐步回归分析方法建立观测光谱数据或由此衍生的植被指数与加工番茄单位面积产量之间的关系;二是基于加工番茄观测光谱变量的分析技术,筛选出了能较好地估测加工番茄产量的光谱变量和农学参数,说明利用高光谱遥感技术能够提取作物产量的信息状况。主要研究结果如下:1、建立了加工番茄单时相光谱估产模型,筛选出不同时期最佳光谱估产变量。加工番茄最佳单时相光谱估产模型主要以一元三次的方程、S方程和幂方程的拟合度较好。2、建立了加工番茄多时相光谱估产模型,两个生育期复合光谱估产模型中以坐果期和青熟期组合的估产模型精度较高;三个生育期复合光谱估产模型中以坐果期、青熟期和采收期组合的估产模型精度较高;四个生育期复合光谱估产模型的精度最高。其结果与前人在水稻和小麦遥感估产中的研究结果一致。3、筛选出各生育时期与主要农学参数最相关的光谱变量,并建立了主要农学参数与最佳光谱变量以及主要农学参数选与产量的回归估算模型。并寻找出了各个时期拟合度最好的农学参数和光谱变量的回归方程4、构建了复合光谱估产模型。筛选出加工番茄叶面积指数（LAI）、单株鲜生物量（BPPf）、茎含水量（SMC）、叶绿素密度（CH.D）、单株干生物量（BPPd）和叶面积氮指数（LANI）为复合光谱估产模型的主要农学参数。尤以加工番茄单株鲜生物量（BPPf）与产量的相关性最好。5、在光谱变量-农学参数-产量7种复合光谱估产模型中,均以四个生育期组合的复合光谱估产模型的精度最好。且这7种复合光谱估产模型的精度均高于单时相光谱估产模型和多时相光谱估产模型的精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 高光谱简介
• 1.1.1 高光谱遥感的基本概念及特点
• 1.1.2 高光谱遥感与常规遥感数据的主要区别
• 1.2 基本原理及光谱特征
• 1.3 高光谱遥感的起源、发展
• 1.4 高光谱遥感在农业中的应用概况
• 1.4.1 遥感指数的选择
• 1.4.2 高光谱数据特征参数及其提取方法
• 1.4.3 光谱在植物叶面积指数方面的的研究进展
• 1.4.4 作物长势监测及产量估算（参数，指数，红边及其他各种边）
• 1.5 遥感在估产中的应用
• 1.5.1 遥感估产在国外的研究进展与应用
• 1.5.2 国内遥感估产研究进展情况
• 1.5.3 估产途径
• 1.5.4 估产模式
• 1.5.5 估产优势及作用
• 1.6 研究工作目的和意义
• 第二章 试验设计和测定方法
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 田间试验设计
• 2.1.2 观测内容
• 2.1.3 观测时期
• 2.2 研究方法与技术路线
• 2.2.1 研究方法
• 2.2.2 技术路线
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 光谱测定仪器
• 2.3.2 光谱测定
• 2.3.3 农学参数测定
• 2.3.3.1 叶面积测定
• 2.3.3.2 地上生物量测定
• 2.3.3.3 茎，叶，果含水率测定
• 2.3.3.4 叶绿素和类胡萝卜素含量测定
• 2.3.3.5 全氮含量测定
• 2.3.3.6 可溶性糖含量测定
• 第三章 加工番茄高光谱的分析技术和方法
• 3.1 高光谱参数及提取方法
• 3.1.1 高光谱植被指数
• 3.1.2 光谱吸收指数
• 3.1.3 光谱反射指数
• 3.1.4 归一化光谱指数
• 3.1.5 红边参数
• 3.2 主要高光谱变量及回归模型
• 3.2.1 主要高光谱变量
• 3.2.2 主要回归模型
• 第四章 基于冠层光谱的加工番茄单产估算模型
• 4.1 单时相光谱估产模型
• 4.2 多时相光谱估产模型
• 4.3 复合光谱估产模型
• 4.3.1 农学参数与产量的相关分析
• 4.3.2 主要农学参数与光谱变量的相关分析
• 4.3.2.1 光谱变量与叶面积指数（LAI）的相关分析
• 4.3.2.2 叶绿素密度与光谱变量的相关分析
• 4.3.2.3 单株鲜生物量（BPPf）与光谱变量的相关分析
• 4.3.2.4 单株干生物量（BPPd）与光谱变量的相关分析
• 4.3.2.5 茎含水量与光谱变量的相关分析
• 4.3.2.6 叶面积氮指数与光谱变量的相关分析
• 4.3.3 基于农学参数的单变量加工番茄单产估算模型
• 4.3.3.1 叶面积指数（LAI）与产量的单产模型
• 4.3.3.2 叶绿素密度（CH.D）与产量的单产模型
• 4.3.3.3 茎含水量与产量的单产模型
• 4.3.3.4 单株鲜生物量（BPPf）与产量的单产模型
• 4.3.3.5 单株干生物量（BPPd）与产量的单产模型
• 4.3.3.6 叶面积氮指数（LANI）与产量的单产模型
• 4.3.4 基于光谱变量和主要农学参数的多变量加工番茄单产估产模型
• 4.3.4.1 光谱变量-叶面积指数（LAI）-产量复合估产模型
• 4.3.4.2 光谱变量-叶绿素密度（CH.D）-产量复合估产模型
• 4.3.4.3 光谱变量植株茎含水量（SMC）-产量复合估产模型
• 4.3.4.4 光谱变量-单株鲜生物量（BPPf）-产量复合估产模型
• 4.3.4.5 光谱变量-单株干生物量（BPPd）-产量复合估产模型
• 4.3.4.6 光谱变量-叶面积氮指数（LANI）-产量复合估产模型
• 4.3.4.7 最佳光谱变量-最佳农学参数-产量复合估产模型
• 4.4 加工番茄单产估算模型精度分析
• 4.4.1 单时相加工番茄最佳单产光谱估算模型精度分析
• 4.4.2 多时相加工番茄最佳单产光谱估算模型精度分析
• 4.4.3 加工番茄单产最佳复合光谱估算模型精度分析
• 4.4.3.1 基于农学参数的单变量加工番茄单产估算模型精度分析
• 4.4.3.1.1 叶面积指数（LAI）-产量估算模型精度分析
• 4.4.3.1.2 叶绿素密度（CH.D）-产量估算模型精度分析
• 4.4.3.1.3 单株鲜生物量（BPPf）-产量估算模型精度分析
• 2）估算模型精度分'>4.4.3.1.4 单株干生物量（BPPd）与加工番茄产量（t/hm²）估算模型精度分
• 4.4.3.1.5 叶面积氮指数（LAI）-产量估算模型精度分析
• 4.4.3.2 基于光谱变量和农学参数的多变量加工番茄单产估算模型精度分析
• 4.4.3.2.1 光谱变量-叶面积指数（LAI）-产量复合估产模型精度分析
• 4.4.3.2.2 光谱变量-叶绿素密度（CH.D）-与产量的复合回归方程精度分析
• 4.4.3.2.3 光谱变量-茎含水量（SMC）-与产量的复合回归方程精度分析
• 4.4.3.2.4 光谱变量-单株鲜生物量（BPPf）-与产量的复合回归方程精度分析
• 4.4.3.2.5 光谱变量-单株干生物量（BPPd）-与产量的复合回归方程精度分析
• 4.4.3.2.6 光谱变量-叶面积氮指数（LANI）-与产量的复合回归方程精度分析
• 4.4.3.2.7 最佳光谱变量和最佳农学参数与量的复合回归方程精度分析
• 4.5 小结
• 第五章 结论与讨论
• 5.1 结论
• 5.2 特色与创新
• 5.3 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师评阅表