基于低空遥感的消费级相机油菜苗期长势监测最优波段选取

无人机遥感作为卫星和航空遥感平台的有力补充,在低空遥感观测领域发挥越来越重要的作用.对于农作物长势监测而言,选择合适的光谱波段有利于更加准确地反映作物长势情况.该研究借助水稻—油菜氮素养分试验,针对其油菜季开展基于无人机遥感的消费级相机油菜苗期长势监测最优波段选取问题研究.试验采用经红外改造后的消费级相机,逐次搭配lp680、lp720、lp850 3种近红外长通滤波片和RGB红外截止滤波片来获取不同光谱位置的近红外波段影像和可见光波段影像.在此基础上计算多波段影像的多种植被指数,同时结合油菜地面冠层高光谱数据和滤波片光谱响应特性模拟计算相同的植被指数.结果表明,使用可见光波段影像计算的归一化差指数(NDI)与地面实测归一化差植被指数(NDVI)之间的相关性最高,其R2达到0.945,该结果与基于油菜地面冠层高光谱数据所得结果呈现出较好的一致性.同时该NDI值与油菜氮素养分试验中不同氮素施用水平之间的相关性也较好,其R2达0.963.该研究结果表明选取常规消费级相机可见光波段也能准确地获取作物长势信息,为其用于作物长势监测提供了科学依据.     

基于高光谱分形分析的烟草冠层生长状况监测

植被高光谱反射曲线包含着植被生长状况的众多信息。本文通过使用野外光谱仪进行野外测量，得到烟草冠层不同生育期以及不同健康状况的反射光谱曲线。并在分析光谱特征参数如红边位置、红边面积、绿峰反射高度的基础上，利用分形理论对反射光谱曲线进行分形测量并用分形维数定量反映其健康状况。结果表明:（1）分形维数随着烟草的生长发育呈现先升高后降低的趋势，这与3个光谱参数的变化基本吻合；（2）分形维数与红边位置、红边面积、绿峰反射高度均成正相关关系，其相关系数分别为0.77、0.91和0.88；（3）病害烟草冠层光谱曲线的分形维数明显小于健康烟草冠层。因此，分形维数能够作为一个新的综合参数来客观反映烟草冠层所处的健康状况，为烟草生长状况监测提供科学依据。     

不同氮素水平下107杨光谱及光合响应特征研究

为科学制定107杨(Populus×euramericana‘Neva’)氮肥管理措施,研究了不同氮素水平下1年生107杨盆栽苗光谱及光合响应特征。结果表明:1不同氮素水平下107杨光谱反射曲线的变化趋势基本一致,且均有绿色植物典型的"谷"和"峰"的特征;在不同的施氮量梯度下,随着施氮量的增加,高光谱反射率一阶导数也相应地升高,其在680~760 nm的红边区域具有明显的向长波方向移动的趋势,其中以N-4(4 g)氮素处理表现最为明显;2在不同的施氮量梯度下,随着光照强度增加,107杨叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)明显增加,而胞间CO_2浓度(C_i)降低。所有处理中以N-4(4g)处理叶片的光合能力最强,生长发育状况最佳。     

油菜光谱的函数特征分析及叶绿素诊断建模

作物冠层光谱的特征及其变化是各种作物信息提取的基础,是作物信息学的核心研究内容之一.函数型数据分析将观测到的一条光谱看作一个整体,从函数的角度描述光谱曲线变化特征.为探索油菜冠层光谱与叶绿素含量的关系,以24个移栽种植小区和24个直播种植小区的高油酸油菜在苗期、抽薹期和荚果期三个不同生长期的样本为研究对象,利用函数型主成分分析方法分析不同生长期的油菜冠层光谱的典型变化特征,发现不同样本在光谱的可见光、近红外、中红外区间都显示出明显差异.但是,利用最大信息系数方法做进一步分析发现,原始的光吸收信息与叶绿素含量之间的关系微弱,而不同光谱区间吸光度的比值却显示出与叶绿素含量之间有较强的非线性关系.鉴于这种复杂的非线性关系,最终利用增强回归树,基于不同光谱区间吸光度的比值,建立油菜叶片叶绿素含量的预测模型,交互验证的均方根误差为5.5%,接近试验测量误差水平.     

黄土高原半干旱区春小麦冠层光谱对不同程度水分胁迫的响应

于2011年在定西地区开展了观测试验,主要测定了不同水分控制条件下春小麦冠层高光谱反射特征,同步测定了各项生理参数响应.在分析不同水分胁迫下春小麦冠层光谱特征基础上,研究了该地区春小麦冠层光谱对不同水分胁迫的响应特征.结果表明:在水分胁迫下春小麦冠层光谱在可见光区(VIS)和近红外区(NIR)均呈现明显的趋势性变化,随水分减少,VIS光区与短波红外光区(SWIR)反射率都呈增加趋势,而NIR光区反射率呈下降趋势;小麦水分指标冠层等效水厚度(EWTcanopy)比叶片相对含水量(F MC)能够更敏感地体现水分胁迫变化;光谱指数对不同水分胁迫的响应分析表明,WI指数的监测效果较差;反演半干旱区冠层尺度作物水分,红边植被指数与EWTcanopy相关性最高,PRI指数可反映作物水分胁迫后的光合效率变化,间接反映水分状况,但不适合监测重旱;OSAV I对土壤调节系数的修订比SAVI提高了相关性;短波红外波段对水分胁迫的变化响应比较稳定,进一步结合红边波段构建新的水分指数有望提高研究区冠层水分的监测精度.     

天山北坡野苹果混生植被花期冠层光谱特征研究

研究野苹果花期冠层反射率光谱特征,为提取野苹果的分布提供依据,以西天山国家级自然保护区为研究区,利用Field Spec3便携式地物波谱仪,对小檗、野苹果、野山楂、野杏的花期进行地面冠层光谱数据采集及分析.通过移动平均法对光谱数据进行平滑降噪,分析4种植物反射率特征;对可见光波段内进行差值分析和一阶导,得出4种植物可见光范围内的特征波段;最后对660~760 nm反射率做一阶导,探究4种植物的红边参数特征.结果表明:野杏先着花后展叶,因此花期冠层反射率光谱无明显绿峰;不同树种反射率光谱在可见光波段差异明显;4种植物的红边位置野杏野山楂小檗野苹果.植物花期光谱特征明显,有利于对植物信息进行遥感提取.     

基于EO-1 Hyperion的中国典型森林冠层高光谱特征分析

由于冠层结构和功能性状的差异,不同森林表现出不同的光谱特征.分析不同森林冠层的光谱特征差异可以为精确森林分类和冠层参数反演提供依据.因此,理解我国典型森林类型的高光谱特征将有助于提高我国森林分类以及森林理化参数反演的精度.研究以中国生态网络中的长白山、神农架、千烟洲和鼎湖山4个典型森林站点为研究对象,利用EO-1 Hyperion星载高光谱数据提取4种森林像元尺度上的反射光谱曲线,并进行一阶微分变换,同时计算多种遥感光谱指数,定量分析其光谱特征差异.结果表明:(1)神农架阔叶混交森林光谱反射率在整个光谱范围内显著高于其他3种森林类型.千烟洲针叶混交森林在整个光谱范围内表现出较低的反射特征.长白山和鼎湖山森林的反射率居中.(2)4种森林的红边斜率存在显著差异.神农架森林的红边斜率最高,暗示了其冠层叶绿素含量高,健康状况最好.千烟洲的红边位置相比其他3种森林有所红移,红边位于720 nm左右.(3)遥感指数方面,神农架阔叶林具有较高的归一化氮指数(NDNI),千烟洲马尾松湿地松为主的针叶林具有较低的NDNI,反映出树种间真实的叶片氮浓度差异.另外,由于森林覆盖度较高,增强型植被指数(EVI)比归一化植被指数(NDVI)更能够指示森林类型之间绿度和覆盖度的变化.研究对于我国森林参数的遥感反演和森林类型高精度分类具有一定的参考意义.     

计算机辅助叶色分析进行棉花氮素营养诊断的初步研究

设置不同棉花施氮处理获得不同氮素营养状况的群体,采用数码相机摄影获得棉花冠层影像,采用计算机辅助研究了棉花冠层影像光谱特征与棉花施氮量间的关系。研究表明随着施氮量的增加,棉花冠层红光通量下降,蓝光、绿光通量增加。冠层红、绿、蓝光通量的比值B/(R G)可以灵敏反映棉花施氮量的变化,因此可以作为棉花氮素叶色计算机辅助营养诊断的特征值(指标)。土壤背景值和摄影时的光照强度对诊断特征值影响不大,摄影角度对诊断特征值影响较大,为了获得准确的诊断特征值,需要固定摄影角度,以30°为佳。棉花盛花期和盛蕾期均可以采用计算机辅助叶色分析进行氮素营养诊断。     

基于PCA-BP多特征融合的油菜水分胁迫无损检测

针对油菜水分胁迫的无损探测,研究了利用冠层反射光谱、多光谱图像和冠层温度多信息融合对油菜含水率进行定量分析的方法.采用逐步回归法对含水率的多传感特征进行提取,通过测量分析冠-气温差,结合环境温湿度信息,获取了水分胁迫指数(CWSI)特征,并对光强影响进行了特征补偿.研究发现960,1 450,1 650 nm的光谱特征,560 nm处的可见光图像,960,810 nm处的近红外图像均值及960,810 nm图像比值特征与油菜含水率的相关性均较高.利用主成分分析法(PCA)对特征空间进行变换和降维,进而BP神经网络建立了油菜含水率的多传感特征预测模型.结果表明,该方法能够利用多信息的综合作用优势实现对油菜水分胁迫的定量分析,模型精度与单一检测方法相比有显著提高.     

利用冠层光谱估测水稻籽粒含氮量研究

籽粒含氮量和粗蛋白含量是水稻营养食味品质的重要指标之一.通过大田小区试验,测定了5个品种、3个供氮水平处理的水稻冠层在成熟过程中不同时期的高光谱反射率,及茎、叶、稳和稻米的舍氮量及粗蛋白含量,分析了它们之间的相关性.结果表明:稻穗和稻米含氮量与孕穗期、灌浆期和乳熟期的茎、叶含氮量极显著相关,与灌浆期、乳熟期的冠层光谱ρλ及其一阶导数光谱Dλ、冠层光谱RVI在某些波段也达到极显著相关,其中决定系数R2在灌浆期大0.8、乳熟期大于0.75.这表明能用高光谱方法来估测水稻籽粒舍氮量和粗蛋白含量,它为水稻品质遥感监测提供依据.     

野鸭湖湿地牛鞭草不同覆盖度的光谱特征分析

采用导数法和包络线去除法,分析了不同覆盖度牛鞭草的光谱特征.结果表明,不同覆盖度的牛鞭草在绿光波段出现反射峰,在红光波段出现吸收谷,近红外波段处具有"红边效应".不同盖度的牛鞭草光谱反射率的差异主要体现在绿光(520～600 nm)和近红外波段(760～900 nm).在近红外波段范围内,反射率随覆盖度的增加而增大,两者呈极显著正相关(P<0.01).此外,红光波段比蓝光波段有更为强烈的吸收效应.我们的研究表明,高光谱遥感可以有效地应用于湿地植物覆盖度或与之相关的生长情况的监测之中.     

溅射气氛对ZnO∶N薄膜光学性能的影响

以ZnO陶瓷为靶材,高纯N_2和Ar为溅射气体,利用磁控溅射生长系统制备N掺杂ZnO薄膜.通过改变溅射气氛中N_2的流量,研究ZnO薄膜光学性能的变化规律,其中N_2流量分别控制为0,8,20,32mL/min.结果表明:当溅射气氛中N_2流量增加时,ZnO∶N薄膜的光学带隙发生改变,吸收边红移;在室温光致发光光谱中,紫外激子发射峰与可见光区发射峰强度的比值变小,紫外激子发射峰位红移;在Raman光谱中,位于272,642cm-1附近的振动模增强.     

采用地表反射率模型的Landsat时序数据集重构

选择福州市区东部面积近300 km²的区域作为研究区,基于地表反射率模型,对2013-2016年研究区内所有的有效像元进行拟合,重构时序数据集,并通过原始影像与实测光谱对拟合结果进行评价.研究结果表明:拟合结果与原始影像在蓝、绿、红、近红外波段的相关系数均高于0.9,可见光波段均方根误差在0.01左右,近红外波段略高于0.02;拟合结果能清晰地表达不同类型植被的物候差异,与原始影像、实测归一化植被指数(NDVI)均保持较高的一致性;基于重构的数据集,可以保证选择相同时相的数据进行年度植被变化监测,进一步提高植被动态变化监测的准确性和实效性.     

基于一维光子晶体异质结结构的宽角度入射宽带通滤波器

从光子带隙形成的机理出发,用带边分析法计算了某一维光子晶体异质结结构的允带和禁带.结果表明基于这一结构的滤波器在可见和近红外区的交界处有较宽的通带,通带两侧有明显的截止区域.对透射谱进行模拟后发现滤波器在0°～50°入射范围内通带透过率尚好.这种在宽角度入射时兼具截止和透过特性的滤波器在光子嫩肤、CCD摄像等领域具有潜在的应用价值.     

锶胁迫条件下生菜光谱效应特征

锶（Sr）胁迫条件下生菜的反射光谱特征会发生明显改变。通过室内生菜水培试验，获取了36个不同生长期、6个不同锶浓度胁迫的生菜叶片400～950 nm波段区间的生化参数信息（叶绿素含量、细胞结构、叶片金属含量）和反射光谱信息，利用光谱技术并结合数学统计方法研究了生菜叶片7个光谱特征参数与实测叶片锶元素含量之间的相关性，优选了较敏感光谱特征参数，建立了其与生菜叶片锶含量的线性回归模型。结果表明，锶胁迫生菜叶片叶绿素含量呈先上升后下降的规律，细胞结构差异不明显。锶胁迫生菜叶片反射光谱直观上无规律，通过采用光谱技术方法分析得出锶胁迫生菜叶片的红边波段位置先“红移”再“蓝移”，红谷波段位置则“红移”，植被指数B4/B3比值先升高后降低，红边归一化植被指数（NDVI）值随着锶浓度的升高而降低。相关性及线性回归模型分析表明红边波段位置与叶片锶含量显著相关。本文为下一步基于光谱特征的叶片重金属含量反演模型的构建提供了较好的数据源和基础理论。     

利用地面光谱数据反演悬浮泥沙质量浓度

为研究用高光谱数据反演悬浮泥沙质量浓度的方法,以近海悬浮泥沙为实验材料,配制了不同质量浓度悬浮泥沙样品,利用2种方法对样品进行建模:一种是将可见光和近红外光谱进行小波变换并将小波低频系数以偏最小二乘回归建模,另一种为波段组合法.利用交叉检验方法,分析了交叉检验结果,并将2种方法建立的模型进行了比较.研究表明:波段组合法中,TM4与TM1波段反射率比值的指数模型效果最好;在预测能力上,小波偏最小二乘模型总体上比波段组合模型精度高并且稳定性好,适用于悬浮泥沙光谱定量分析.     

铅锌矿区马尾松波谱特征与微量元素相关性分析

以马尾松针叶野外高光谱测量数据和叶微量元素含量为基础,分析了铅锌矿区和对照区马尾松针叶反射光谱特征和红边效应,对蓝移偏移量和叶绿素归一化指数与叶主要微量元素含量的相关性做了分析.结果表明:矿区马尾松针叶在近红外区域反射率要低于对照区,马尾松针叶红边位置发生了6~19 nm的蓝移,马尾松针叶红边蓝移偏移量与铅、锌两种元素含量成正相关,叶绿素归一化指数与铅、锌、锰3种元素含量成负相关.     

药芯焊丝焊接过程光谱特征波段分析与选择

针对某型自保护药芯焊丝设计焊接工艺试验,利用光谱仪和专用分析软件研究焊接过程中电弧等离子体辐射光谱分布曲线,对其在各谱段的分布特征进行分析,认为紫外波段的光谱曲线波长较短且衰减严重;可见光波段整体相对辐射强度较高,特别是在绿光和黄光区域尤为强烈,在红光区域电弧光谱相对强度较为稳定;在近红外波段电弧光谱辐射强度逐渐下降.综合考虑不同的应用对象,可见光波段适用于电弧等离子体物理本质研究,自保护药芯焊丝电弧等离子体和熔滴过渡的检测适合采用红光光谱窗口,而焊缝跟踪等则适合采用近红外或者红光光谱窗口.     

水解沉淀法制备氮掺杂TiO_2可见光光催化剂

为拓展TiO2可见光的响应范围,以氨水为氮源,在常温条件下采用水解沉淀法制备了氮掺杂TiO2粉末。以X射线衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱和X射线光电子能谱等对TiO2进行了表征。对可见光照射下的光催化活性进行了测试,并考察了煅烧温度及掺杂量等对光催化活性的影响。结果表明:氮掺杂致使TiO2吸收边带向可见光区偏移,在降解亚甲基蓝的实验中表现出良好的可见光催化活性;随煅烧温度的增加,氮摩尔分数增加,晶粒增大,可见光催化活性减弱;煅烧温度为400℃,氮的摩尔分数为2%时制备样品的光催化活性最高。