柑橘果园四项数字化信息的模型构建

论文摘要

近年来,伴随着全球气候变化,极端气候频频发生,环境条件对柑橘产业所引起的负面影响日益严重。我国柑橘生产基地大多位于丘陵山地,气候和土壤条件变化大,设计状况复杂,监控和产业信息收集不易,管理调控措施困难。随着当前果农年龄老化程度不断提高,人们对未来柑橘产业监控、管理的信息化技术需求日益增强。本文对相柑橘园几项数字监控技术进行了研究,主要结果如下：1.采用逐步回归法进行电导率和光谱反射率关系反演模拟,用原始光谱进行全波段相关性分析,然后对可见光和近红外两个波段的原始光谱分别以最小二乘法进行逐步回归,建立电导率为因变量的多元线性回归方程,并根据回归系数的显著性测验对模型进行检验。将日标波段锁定到近红外波段,进一步用移动平均法和标准归一化对近红外光谱进行校正分别建立逐步回归模型,经比较最终确定了模型为近红外波段的标准归一化的回归模型,得到较理想的电导率-光谱反射率模型：Y=0.465-6.193×K1528+9.059×K1891+7.161×K1682-32.388×K1837+22.27×K1830.2、对不同生长时期的柑橘叶片（叶绿素含量不同）进行光谱扫描,采用了逐步回归法、红边参数法和光谱指数法分析了叶片光谱反射率和叶绿素含量之间的关系,构建了柑橘叶片叶绿素光谱反射模型。模型表明：柑橘叶片叶绿素含量与反射光谱之间有较强的相关性,模型预测值与实测值的相对误差都小于10%,说明模型具有良好的预测效果；选择波段的逐步回归法比后者的精度更高,但从建模参数的物理意义和逻辑性方面考虑,推荐光谱指数法建模；叶绿素光谱模型如下：Y=73.491+36.718×GNDVI-14.933×r。3、对不同水分状况的柑橘叶片进行光谱扫描,采用光谱逐步回归分析和构造光谱指数两种方法分析了叶片光谱（380—2500nm）反射率与含水量之间的关系。构建了柑橘叶片含水量光谱反射率模型。研究结果表明：近红外光谱对叶片水分的模拟效果最好；光谱逐步回归分析所得模型精度高于构造光谱指数法；从物理含义和逻辑性方而考虑,推荐光谱指数法构建的模型：Y=-2.741×SR-5.979×NDVI+0.62×WI2+2.122

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 问题提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 精准农业和农业信息化
• 1.2.2 光谱技术探测和远程遥控在农业信息化中的应用
• 1.2.2.1 可见光/近红外光谱分析原理
• 1.2.2.2 光谱定量分析方法
• 1.3 研究的意义、技术路线和研究内容
• 第二章 基于光谱反射特征的柑橘叶片电导率含量模型
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验时间、地点
• 2.1.2 实验材料
• 2.1.3 实验处理
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 叶片电导率分布
• 2.2.2 叶片光谱反射图谱
• 2.2.3 波段筛选
• 2.2.4 原始波段的逐步回归法建模
• 2.2.4.1 可见波段建模
• 2.2.4.2 近红外波段建模
• 2.2.5 不同光谱预处理方法对纽荷尔脐橙电导率校正模型的影响
• 2.2.5.1 3点平滑处理
• 2.2.5.2 5点平滑处理
• 2.2.5.3 7点平滑处理
• 2.2.5.4 标准归一化
• 2.2.6 模型比较
• 2.3 讨论
• 第三章 基于光谱反射特征的柑橘叶片叶绿素含量模型
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验时间和地点
• 3.1.2 试验材料
• 3.1.3 试验方法
• 3.1.3.1 试验仪器
• 3.1.3.2 光谱反射率测定
• 3.1.3.3 叶片叶绿素含量测定
• 3.2
• 3.2.1 原始光谱的逐步回归建模
• 3.2.2 筛选波段后校正光谱的逐步回归法
• 3.2.3 光谱指数法
• 3.3 讨论与结论
• 第四章 利用光谱反射特征对柑橘叶片含水量建模
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验时间、地点
• 4.1.2 试验材料
• 4.1.3 试验方法
• 4.1.3.1 试验仪器
• 4.1.3.2 光谱反射率测定
• 4.1.3.3 叶片含水率测定
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同叶片含水率的反射光谱分析
• 4.2.2 叶片含水率—光谱特征模型
• 4.2.2.1 逐步回归法
• 4.2.2.2 光谱指数法
• 4.3 讨论
• 第五章 基于Greenlab的柑橘结构-功能模型
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 实验时间、地点
• 5.1.2 实验材料
• 5.1.3 实验处理
• 5.1.3.1 灌水处理
• 5.1.3.2 田间最大持水量的测定
• 5.1.4 实验步骤
• 5.1.4.1 确定灌水量
• 5.1.4.2 进棚期破坏试验
• 5.1.4.3 冬季停止生长期破坏性实验
• 5.1.4.4 10年春稍抽发完成后的破坏性实验
• 5.1.4.5 10年夏稍抽发完成后的破坏性实验
• 5.1.4.6 10年秋稍抽发完成后的破坏性实验
• 5.2 研究方法
• 5.2.1 GreenLab模型结构单元的基本概念
• 5.2.2 几何结构模型
• 5.2.3 拓扑结构分析、生长单元编码和生物量测定
• 5.2.4 GreenLab功能模型
• 5.2.4.1 生物量的计算
• 5.2.4.2 生物量的分配
• 5.3 结果与分析
• 5.4 讨论
• 参考文献
• 致谢