铅锌矿区毛轴蕨反射波谱特征及其机理分析

为了研究铅锌矿对植物反射光谱的影响,以毛轴蕨野外测试光谱和叶灰分微量元素含量为基础,分析铅锌矿区和对照区毛轴蕨光谱特征和微量元素含量特征,并研究红边蓝移量和叶绿素归一化指数与各微量元素含量的相关性.结果表明:矿区毛轴蕨在近红外区域反射率要低于背景区,毛轴蕨红边位置发生了2～20nm的蓝移,根据叶微量元素含量分析确定毛轴蕨叶对铅、锌、锰、锶、钡、砷6种元素有较强的积累作用;毛轴蕨红边蓝移偏移量与锰、锶、铅、锌、钡、砷等几种微量元素含量均成正相关,除锶元素外,叶绿素归一化指数与几种主要元素均成负相关.     

基于光谱反射特征葡萄叶片含水率模型的建立

采用光谱分析技术对葡萄缺水状况进行了定量分析,对4种水分胁迫下的葡萄叶片的光谱数据进行分析,发现703nm的导数光谱及460,720,1450,1650和1920nm波段的光谱反射率与葡萄干基含水率呈极显著相关.为克服多重共线性影响,采用主成分回归法建立了叶片干基含水率的定量分析模型,模型预测值与实测值的相关系数为0.94,模型的检验误差(RMSE)为0.15.     

基于高分五号卫星数据的红树林群落光谱特征分析

为解决高分五号(GF-5)高光谱数据空间分辨率较低的问题，本研究采用葛拉姆-施密特(Gram-Schmidt, GS)正交变换融合算法对GF-5高光谱数据与高分二号(GF-2)数据进行空谱融合，利用1 m分辨率的GF-5高光谱数据结合实地样本数据提取不同红树林群落与互花米草群落的平均反射率，通过包络线去除与一阶微分计算的方法分析不同红树林群落与互花米草群落的复合光谱特征，从光谱特征探讨红树林群落的可分性。结果表明，在原始光谱曲线680-900、980-1 320、1 530-1 750 nm区间4种群落的光谱差异最大；经过包络线去除与一阶微分计算后的4种群落的光谱反射率分别在1 170-1 400 nm与1 330-1 470 nm波长范围处表现出明显差异。综上可知，不同红树林群落与互花米草的光谱反射率在近红外波段范围内的差异性最大，近红外波段可作为识别不同红树林群落与互花米草的优势波段。     

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.     

Quantifying biochemical variables of corn by hyperspectral reflectance at leaf scale

To further develop the methods to remotely sense the biochemical content of plant canopies, we report the results of an experiment to estimate the concentrations of three biochemical variables of corn, i.e., nitrogen （N）, crude fat （EE） and crude fiber （CF） concentrations, by spectral reflectance and the first derivative reflectance at fresh leaf scale. The correlations between spectral reflectance and the first derivative transformation and three biochemical variables were analyzed, and a set of estimation models were established using curve-fitting analyses. Coefficient of determination （R2）, root mean square error （RMSE） and relative error of prediction （REP） of estimation models were calculated for the model quality evaluations, and the possible opti- mum estimation models of three biochemical variables were proposed, with R2 being 0.891, 0.698 and 0.480 for the estimation models of N, EE and CF concentrations, respectively. The results also indicate that using the first derivative reflectance was better than using raw spectral reflectance for all three biochemical variables estimation, and that the first derivative reflectances at 759 nm, 1954 nm and 2370 nm were most suitable to develop the estimation models of N, EE and CF concentrations, respectively. In addition, the high correlation coefficients of the theoretical and the measured biochemical parameters were obtained, especially for nitrogen （r=0.948）.     

谐波分析重金属铜铅胁迫玉米的污染效应

提出了谐波分析法监测玉米的重金属污染效应。通过设置不同浓度Cu和Pb胁迫下的玉米盆栽实验,测得了玉米冠层叶片光谱、叶绿素以及Cu含量。利用谐波分析技术将玉米叶片光谱特征信息转化为以振幅和相位的能量谱特征信息,提取低次谐波振幅和初始相位,分析了振幅和相位与玉米的健康状况以及重金属污染效应之间的关系。实验结果和分析表明,振幅反映着光谱的能量信息,与叶片中的Cu离子含量有很强的相关性;初始相位携带着光谱辐射峰值的位置信息,与玉米叶片中重金属含量以及叶片光谱的红边位置具有一定的线性比例关系。因此,可以通过光谱谐波分解的振幅和相位间接的判断Cu和Pb胁迫玉米的污染程度。     

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。     

Optimal waveband identification for estimation of leaf area index of paddy rice

The objectives of the study were to select suitable wavebands for rice leaf area index （LAI） estimation using the data acquired over a whole growing season, and to test the efficiency of the selected wavebands by comparing them with feature positions of rice canopy spectra. In this study, the field experiment in 2002 growing season was conducted at the experimental farm of Zhejiang University, Hangzhou, China. Measurements of hyperspectral reflectance （350-2500 nm） and corresponding LAI were made for a paddy rice canopy throughout the growing season. And three methods were employed to identify the optimal wavebands for paddy rice LAI estimation： correlation coefficient-based method, vegetation index-based method, and stepwise regression method. This research selected 15 wavebands in the region of 350-2500 nm, which appeared to be the optimal wavebands for the paddy rice LAI estimation. Of the selected wavebands, the most frequently occurring wavebands were centered around 554, 675, 723, and 1633 rim. They were followed by 444, 524, 576, 594, 804, 849, 974, 1074, 1219, 1510, and 2194 rim. Most of them made physical sense and had their counterparts in spectral known feature positions, which indicates the promising potential of the 15 selected wavebands for the retrieval of paddy rice LAI.     

宣城市岗坡地土壤有机质含量光谱预测分析

利用荷兰AvanSpect2048×14型号地物光谱仪,在实验室条件下,对采自于安徽省宣城市岗坡地29个土壤样品进行反射率光谱数据的采集.对所获取的土壤样品高光谱反射率数据进行标准化比值变换,计算有机质诊断指数,同时将该指数与土壤有机质含量进行相关性分析,寻找最大正相关中心波段.结果表明:最大正相关中心波段为489.87nm,两个次正相关中心波段为481.16nm、490.45nm.随机选取20个样品,对三个中心波段的有机质诊断指数与有机质含量分别进行回归分析,其中以在489.87nm处线性回归模型拟合精度最佳,用该线性模型对其他9个样品土壤有机质含量进行预测,精度达84.660%,表明该线性模型对土壤有机质含量具有较好的预测效果.     

光谱分数阶微分与玉米叶片重金属铜含量的相关性分析

常用的整数阶一阶和二阶微分光谱曲线差异较大,而分数阶微分可实现光谱信息细化,能将整数阶微分容易忽略的信息充分利用起来,更能深度挖掘光谱中的潜在信息。以重金属铜胁迫的盆栽玉米为研究对象,在玉米叶片受不同浓度CuSO_4胁迫下,光谱反射率和Cu~(2+)含量的实验室测量数据基础上,对光谱反射率进行0~1内0.1阶的11个阶次微分处理,将各阶次的微分值与测得的玉米叶片中Cu~(2+)含量进行相关性分析;并对各阶次的微分光谱值进行0.01和0.05显著性水平的检验。分析结果表明,与常用的一阶微分相比,分数阶微分可以突显某些波段的光谱反射率与叶片中Cu~(2+)含量的相关性,扩大特征波段的选择空间。     

大豆叶片水平叶绿素含量的高光谱反射率反演模型研究

利用便携式光谱仪和分光光度计法分别测得大豆生长期内叶片的高光谱数据及相应的叶绿素质量分数w,利用多元统计分析和红边参数反演提取与叶片水平的w(叶绿素)相关性较高的敏感波段和光谱形式,及特征光谱位置,并以此为基础推演得到一个基于神经网络算法的叶绿素含量反演模型,结合了3种方法的优点,具有较高的反演精度.     

Study on the biomass change derived from the hyperspectral data of cotton leaves in canopy under moisture stress

In this study, an ASD spectrometer made in USA is used to derive the hyperspectral data of cotton leaves in canopy in north Xinjiang. The integral area variables of red edge are used to estimate the total nitrogen (TN) content in cotton leaves in canopy. The first order differential of reflective spectra is carried out. The analysis methods based on the spectral position variables are derived from the first order differential spectral data. The analysis on the correlation between the integral area of red edge (SDr, regarded as the independent variable) and the TN content (regarded as the function) is carried out, and the correlation mathematical model between the integral area of red edge and the TN content in canopy leaves of cotton varieties named as Xinluzao No.6 is developed. The analysis on the correlation between the chlorophyll content and the TN content in single cotton leaves in canopy growing under the irrigation with different water volumes is carried out. The results show that there is a significant positive correlation between the chlorophyll content and the TN content (R = 0.8723, n = 39), and the data of chlorophyll content can be used to estimate the TN content in single cotton leaves; the correlation between the integral area variable of red edge and the TN content in cotton leaves in canopy is significant, their correlation coefficient is 0.7394 (n = 40), the TN contents in canopy leaves of cotton varieties named as Xinluzao No. 6 and No. 8 can be accurately estimated by using the developed model, and their RMSE values are 0.3859 and 0.4272 respectively. After researching, it is considered that there is an applying potential to use the integral area variables of red edge for estimating the TN content in cotton leaves in canopy, and the mathematical model developed with the third-side area variables has a high applying value in deriving the TN content in crop canopy. It is also considered that it is feasible to recognize the moisture stress suffered by cotton plants by researching the shift and change extent of red edge, and the key is to develop the corresponding rational recognition index system.

     

郑州邙山黄土剖面粒度和总有机碳的高光谱反演

黄土自身的发生和发展过程记录了丰富的历史信息，其粒度和总有机碳指标能较准确地反映出气候环境的演变.为探究高光谱遥感技术在获取黄土环境信息方面的应用，该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)) 与黄土剖面粒度和总有机碳开展相关性分析，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)模型进行分析.研究发现：郑州邙山枣树沟黄土剖面中粒度和总有机碳变化指示了研究区全新世中期约5400 a.BP至今经历了冷干—暖湿—冷干的气候旋回；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L0-2＞黄土层L0-1＞过渡层Lt＞古土壤层S0-1＞表土层TS的规律；反演模型中经FD变换后的光谱为自变量的PLSR模型是反演黄土剖面平均粒径最佳模型，SD光谱变换为自变量的PLSR模型为反演黄土剖面TOC最佳模型.     

土壤磷形态的反射光谱特征及其光谱建模

由于对土壤磷的可见-近红外反射光谱的特征认识不足,土壤磷的光谱模型稳定性较差。为此,通过分离不同磷组分,分别以标准白板和残渣样品为参考光谱,间接和直接测定了不同磷组分的反射光谱。通过分析其光谱特征及光谱模型的间接和直接结果,发现各磷形态具有显著不同的反射光谱特征,光谱形状、反射率大小及峰/谷位置均不同,能够被现有可见-近红外光谱（200~1000 nm）定性和定量分析。在现有研究波段内,250 ~750 nm是土壤磷的敏感波段。研究结果为认识全磷的反射光谱特征及预测全磷含量提供了理论依据。     

基于半分析模型的叶绿素a浓度估算

为监测江苏省常熟市昆承湖的水质状况,以2009年5月在湖区实测的AsD高光谱遥感数据和实验室的分析数据为依据,采用三波段半分析模型估算叶绿素a的浓度.结果表明,三波段法比归一化实测光谱波段比法、实测光谱一阶微分法的估算精度更高.三波段法通过分析叶绿素a、悬浮物、黄色物质、纯水的固有光学特性,优化这三个特征波段的位置组合...     

基于环境一号HSI高光谱数据提取叶绿素a浓度的混合光谱分解模型研究

随着遥感技术的应用推广以及对研究精度的要求提高,越来越多的研究注意到混合像元的问题。在水质遥感监测中传感器探测的水体辐射亮度值是纯水和各种水质参数辐射亮度值的叠加,混合像元问题严重影响了水质定量遥感反演的准确性。基于环境一号HSI高光谱数据,首先分析了混合光谱分解模型的物理基础,然后基于采样点浓度大小和PPI(纯净像元指数)方法在遥感影像上提取纯水和叶绿素a的端元波谱,并利用线性光谱分解方法得到叶绿素a的丰度值找丰度值与叶绿素a浓度值之间的统计关系,建立了叶绿素a浓度反演的混合光谱分解模型,且反演精度较高。本文为水质定量遥感提供了一种新的思路。     

基于高光谱的法国梧桐和毛白杨叶片叶绿素含量反演模型研究

利用ASD便携式野外光谱仪和SPAD-502叶绿素计,实测了落叶阔叶树法国梧桐(Platanus orientalis L)和毛白杨(Populus tomentosa Carr)叶片的高光谱反射率与叶片绿度,并对原始光谱反射率及一阶导数光谱与叶片绿度进行了相关分析;采用导数光谱数据敏感波段建立了叶绿素含量估算模型,法国梧桐和毛白杨模型的确定性系数R2分别为0.7791和0.6858;采用相关系数较大的波段作为BP和RBF人工神经网络模型的输入变量,分别进行了叶绿素含量的估算,结果表明,BP和RBF神经网络模型预测效果均良好,在预测精度上,RBF略优于BP神经网络模型.     

基于光谱技术的稻飞虱虫害聚类研究

为了实现可靠的稻飞虱虫害诊断,使用PR715光谱辐射度计采集了健康水稻叶片、有幼虫寄生的叶片、单个体成虫及参考白板的光谱值,获得各个阶段稻飞虱病虫害的光谱。由于原始光谱在谱线的两端噪声比较大,因此用滤波方法对光谱进行平滑处理,得到相对平滑的反射率光谱曲线。采用主分析、欧式距离和余弦3中方法进行聚类分析,其中主成分分析、余弦的分类正确率为100%,欧式距离的平均分类正确率均为：92.24%,相对较差。实验结果证明,光谱分析方法在一定程度上能快速、精确提取稻飞虱病害的信息,实现聚类分析,为对稻飞虱病虫害进行快速、精确和非破坏性诊断提供技术支持。     

耦合高光谱数据估算土壤含水率的方法

在田间利用高光谱技术监测土壤含水率(Soil Moisture Content,SMC)成为精准农业研究的热点之一,但农田原状光谱受到土壤表层属性如表面粗糙度、质地、微聚体和其它环境因素的影响,且小尺度区域SMC空间差异较小,增加了SMC光谱信息的提取难度,导致SMC的估算精度较低;基于实验室内经过筛制备的土壤样品的光谱数据建模,虽然模型精度较高,但人为改变土壤结构和紧实度的预处理方式无法表征农田SMC的实际状况.因此,该文尝试提出一种耦合土样原状光谱数据和标准光谱数据估算农田SMC的新方法.通过获取江汉平原潮土土样的原状光谱反射率(R_und)和烘干光谱反射率(R_dry);基于R_dry确定研究区同一土壤类型在烘干状态下(SMC为0)的标准光谱(Std­R);采用差值、比值、归一化的方法耦合R_und和Std­R,得到耦合光谱(Cpl­R_S、Cpl­R_D、Cpl­R_N);提取耦合光谱中水分敏感波段的光谱(Moe­R_S、Moe­R_D、Moe­R_N),基于偏最小二乘回归方法(PLSR)建立SMC的估算模型.结果表明,标准光谱具有良好的代表性,能够为光谱耦合提供统一且稳定的背景值;耦合土样的原状光谱和标准光谱可以有效地削减土壤水分以外其它因素对土壤高光谱观测的影响;利用耦合光谱的水分敏感波段建立的SMC估算模型相较基于R_und建立的模型,有效降低了模型的复杂度,精度有较大程度地提升,建模集Rc(2)从0.46最高上升至0.61,验证集Rp(2)从0.49最高上升至0.71,RPD值从1.39最高上升至1.72,模型的稳定性、拟合度和预测能力都得到提升.该方法简单、易推广,为快速准确评估农田墒情提供了新途径.     

基于光谱特征的沉水植物种类识别研究

沉水植物种类的光谱特征识别可为大尺度遥感监测沉水植被提供种类识别的有效参数.本研究利用高光谱地物光谱仪获取上海市郊最大的天然淡水湖泊淀山湖6种典型沉水植物狐尾藻、竹叶眼子菜、金鱼藻、大茨藻、黑藻和苦草群落冠层的反射光谱,分析不同种类沉水植物的原始光谱和一阶导数光谱特征,通过主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)筛选对沉水植物光谱种间差异敏感的植被指数和光谱指数,探寻能够有效识别不同种类水生植物的光谱识别方法.研究结果表明:①不同种类沉水植物的光谱曲线形状在可见光和近红外波段近似,但光谱反射率值差异较大;②光谱指数NAV、REP和NGP是识别6种沉水植物最敏感的特征指数,这些指数综合体现和放大了不同种类沉水植物在形态结构、叶绿素含量、光合和保护色素等方面的特征及所栖居的水体环境特征的种间差异.研究结果可为高光谱遥感影像准确解译与提取沉水植物群落组成、分布和生物多样性的动态变化信息提供理论依据和技术支持.