基于高光谱的鲜桃叶片叶绿素含量检测

为实现鲜桃叶片叶绿素含量的快速无损检测,使用鲜桃四个生长时期的叶片光谱数据及其叶绿素含量数据,利用原始光谱及其变换形式,采用主成分分析和小波去噪预处理数据作为输入矢量,采用支持向量回归机和偏最小二乘法分别构建基于主成分分析-支持向量回归和小波去噪-偏最小二乘回归两种方法的预测模型,并与传统方法建立的模型结果进行比较。通过实验发现,整体建模结果最优的全生长期数据校正集和验证集模型的R2为0.872 7和0.871 4,RMSE分别为0.156 3和0.154 4;采用传统建模方法时,效果最优的是主成分回归模型,全生长期验证集模型R2为0.825 9,RMSE为0.174。结果表明:采用主成分分析-支持向量回归和小波去噪-偏最小二乘回归建模方法的建模效果均优于传统方法,能够应用于基于高光谱的鲜桃树叶绿素含量检测。     

高光谱技术的水上苯乙烯厚度反演模型研究

针对水上发生化学品泄露时传统监测手段不能及时准确地获取泄露污染物的厚度问题,提出了以高光谱数据为基础数据,提取出与污染物厚度相关性较好的特征变量作为预测变量,结合python中的机器学习,通过4种预测模型进行污染物厚度反演。本文以水上泄露常见的化学品苯乙烯为例,测定不同厚度的水上苯乙烯及其对应的高光谱数据集,通过相关系数以及p值极值提取法,筛选出的11个特征变量,分别建立了多元线性回归(MLR)、偏最小二乘(PLSR)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)4种苯乙烯厚度反演模型。结果显示,4种反演模型都可以达到相对较好的反演效果,其中随机森林模型反演效果相对较好,其相关系数(R~2)为0.938 6,均方根误差(RMSE)为20.94,完全可以用于水上苯乙烯厚度反演。     

基于PLSR的陕北土壤盐分高光谱反演

选取陕北盐渍土为研究对象,通过采集高光谱数据及土壤样品测定,研究土壤盐分含量与反射率之间相关性,遴选盐分特征波段,利用常规回归分析及偏最小二乘回归分析建立土壤盐分的定量反演模型,并利用检验样点进行对比分析和精度检验。研究结果表明,482 nm,1 365 nm,1 384 nm,2 202 nm及2 353 nm为土壤盐分含量的特征波段,利用高光谱数据进行盐分定量反演具有良好的精度;精度检验结果表明,通过Matlab进行偏最小二乘回归计算的反演模型,实测值与预测值相关性更好,精度较高。     

地面高光谱和PROSAIL模型的冬小麦叶绿素反演

针对现有研究在反演叶绿素含量不足的问题,该文基于地面高光谱和实测农学数据,采用PROSAIL模型和连续小波变换并结合偏最小二乘回归、支持向量机和人工神经网络方法反演冬小麦叶绿素。先通过PROSAIL模型模拟作物光谱,再对模拟光谱进行连续小波变换,筛选出敏感波段和尺度并应用于4组实测数据,最后利用小波系数和实测叶绿素构建偏最小二乘回归、支持向量机和人工神经网络反演模型。研究结果表明,利用小波系数构建反演模型的精度相比于植被指数反演有所提高,在基于小波系数反演叶绿素的方法中偏最小二乘法精度略高于其他两种方法。通过将PROSAIL模型、连续小波变换和偏最小二乘回归结合能够实现冬小麦叶绿素遥感估算。     

郑州邙山枣树沟黄土剖面常量元素含量的高光谱反演

黄土自身的发生和发展过程记录了丰富的历史信息,其常量元素指标能够准确地反映出气候环境的演变。高光谱遥感技术具有波段多且连续、高分辨率的优点,可用于探测土壤属性信息的细微差异,为快速有效地获取黄土基础信息提供了技术支持。本研究以郑州邙山枣树沟村黄土剖面为研究对象,结合高光谱技术,通过对平滑处理后的原始光谱、一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、去包络线(CR)和倒数对数(Log (1/R))与黄土剖面常量元素数开展相关性分析,选出相关系数R较大的波段作为特征波段建立基于PLSR(偏最小二乘回归)的模型进行分析。研究发现:Ga,Fe,Mg元素在郑州黄土剖面中变化指示了研究区全新世中期约5 400 aBP至今经历了冷干-暖湿-冷干的的气候旋回;黄土不同地层单元的反射光谱特征虽在整体上曲线趋势相似,但其光谱反射率表现为黄土层L_(0-2)黄土层L_(0-1)过渡层L_t古土壤层S_(0-1)表土层T_S的规律;基于偏最小二乘法的邙山黄土剖面常量元素反演模型中,Fe_2O_3,Ca O以及Ca O/Mg O的最佳反演模型为以FD光谱变换为自变量的PLSR模型,MgO的最佳反演模型为以CR光谱变换为自变量的PLSR模型;Fe_2O_3,CaO和CaO/MgO的最佳反演模型能够较好地区分不同的气候区和所在区域古气候的旋回变化,MgO能较好指示所在区域的古气候演化规律,有一定的指示参考价值。     

利用区域土壤光谱库研究土壤有机碳反演模型传递性

土壤有机碳的有效评估对全球碳循环和农业可持续发展具有重要作用。可见光-近红外光谱技术已广泛用于土壤有机碳含量的反演研究。然而,基于可见光-近红外光谱的土壤有机碳反演模型通常具有一定的区域局限性。本文基于湖北钟祥市和洪湖市两个区域的土壤光谱和有机碳量测数据(样本数分别为100和96),探究土壤有机碳反演模型在不同区域间的传递性。结果表明,钟祥市或洪湖市区域模型都不能用于另一个区域,但基于钟祥样本全集与洪湖区域30个土壤样本数据建立的模型对洪湖区域土壤有机碳含量有很好的预测效果(R~2=0.88,RMSE=2.51g·kg~(-1))。尽管模型在不同区域间的传递性非常有限,但将少量目标区域样本添加到现有区域土壤光谱库中所建立的偏最小二乘回归模型能够估算目标区域土壤有机碳的含量,降低目标区域的采样和量测成本。     

土壤钾含量高光谱定量反演研究

为了更快捷准确地进行土壤钾(K)含量的预测,基于土壤高光谱数据和化学元素分析数据,研究土壤光谱与土壤钾含量之间的定量关系.在对土壤原始光谱进行处理分析基础上,提取反射率(R)、反射率倒数的对数(log(1/R))、反射率一阶微分(R')和波段深度(BD)4种光谱指标,运用偏最小二乘回归方法建立相应的预测模型,并对模型进行检验.结果表明,波段深度是估算土壤钾含量最好的光谱指标,其建模精度超过0.85,均方根误差不超过0.1;全波段高光谱分辨率反射光谱具有快速有效估算土壤钾含量的潜力.     

采煤拉张裂隙区土壤有机质高光谱反演

煤炭开采产生的拉张裂隙破坏土壤结构,影响土壤质量。利用高光谱技术对裂隙区土壤的重要成分进行监测,对精确恢复裂隙区土壤质量及改善农业产量具有重要意义。本文首先在淮北朱庄煤矿采煤拉张裂隙区采集了90组土壤样品,并在室内测定了土壤样本光谱;然后将反射率值与测定的有机质含量进行相关分析,选取对有机质敏感的特征波段;最后利用偏最小二乘、BP神经网络进行建模,并评价各模型的精度。研究表明,本文反演效果较理想,比较所建模型精度,一阶微分与偏最小二乘模型(FDPLSR)建模效果最佳。FD-PLSR模型建模集和验证集的R²分别为0.876 1、0.845 9,RMSE分别为0.497 2、0.680 6。该研究可为采煤拉张裂隙区土壤有机质含量监测提供一定的技术支持。     

基于包络线去除和偏最小二乘的土壤参数光谱反演

基于江苏省宜兴市100个土样的可见光-近红外高光谱反射率(400~2 450nm)数据,结合包络线去除(continuum removal,CR)与偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR),构建了土壤重金属砷(As)和有机质(OM)含量的反演模型。结果表明,相比普通PLSR模型(模型决定系数R2和预测根均方误差RMSEP分别为0.512,3.090和0.621,5.934),CR-PLSR构建的模型预测能力有明显的改善(R2和RMSEP分别为0.763,2.323和0.911,4.599)。CR有效增强了550、900、1 420、1 900和2 200nm等波段处的反射光谱特征,根据模型回归系数分析,CR有效突出的波段正是As和OM的CR-PLSR模型所共用的重要波段。研究表明,CR能够协助PLSR模型重要波段的选择,利用遥感技术结合CR-PLSR能够有效提高土壤重金属As和OM含量的反演精度,从而为土壤质量的遥感监测提供参考。     

土壤有机质含量区间值高光谱估测

考虑影响因素的复杂性,提出土壤有机质含量区间值高光谱估测的思想。根据在陕西省横山县采集的84个土壤样本数据,采用14种光谱反射率变换方法及因子互乘变换筛选反演因子,采用模糊识别方法进行土壤有机质含量估测。结果表明,原始光谱反射率(R)及其平方(R2)、平方根(R1/2)、倒数(1/R)、自然对数(ln R)的一阶微分、二阶微分及其互乘变换与有机质含量的相关性明显增强,模型优化系数可调节类别判别的准确度,12个检验样本的准确度为91.67%。这表明提出的土壤有机质含量区间值高光谱估测模型是有效的。