红富士苹果叶片全钾含量高光谱预测研究.pdf

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1、2014年7月第34卷增刊四川地质学报Vo1．34Supp1．Ju1．，2014红富士苹果叶片全钾含量高光谱预测研究邓海龙，安静(1．武警黄金第九支队，海口571127；2．中国地质大学(北京)信息工程学院，北京100083)摘要：苹果叶片钾素含量是反映其质量高低的重要因素，利用高光谱技术对苹果叶片钾素含量进行定量化反演，可为苹果信息化管理提供理论依据。在室内条件下，利用ASDFieldSpec3地物光谱仪，测定了86个苹果叶片样品的高光谱反射率，并化验了其钾素含量。在分析苹果叶片原始光谱和一阶导数

2、光谱特征的基础上，与其钾素含量进行相关分析，确定敏感波段，构建特征光谱参数，建立钾素含量预测模型，对模型进行了优选和检验。结果表明，苹果叶片钾素含量与原始光谱反射率在350~374nm波段呈极显著负相关，在375~2500nm呈极显著正相关；构建的8个特征光谱参数与苹果叶片钾素含量均呈极显著相关。通过进一步比较和筛选，确定了基于928nm和1081lqm原始光谱反射率的2个苹果叶片钾素含量最佳预测模型。经检验，模型决定系数R分别为O．5167和O．5646。取得快速利用高光谱预测苹果叶片钾素含量的研

3、究成果。关键词：苹果叶片；高光谱；钾素含量；预测模型近年来快速发展的高光谱遥感技术已经具备了高时效、光谱波段多、光谱分辨率高等优势。与一般遥感技术相比，高光谱遥感技术的成像光谱仪可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息，每个波段宽度小于lOnm，所以波段排在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线，光谱的覆盖范围从可见光到热红外的全部电磁辐射波普范围。而且利用光谱技术对植物、矿物中的化学元素含量的估测已经得到了广泛应用。钾能调节细胞的渗透压，调节植物生长和经济用水，增强植物的抗不良因素(旱、寒、病害、

4、盐碱、倒伏1的能力，钾还可以改善农产品品质。因此对叶片中钾含量的估测研究对实际应用具有重要意义。由于高光谱对植物中水分含量，叶绿素等含量极其敏感，故叶片中钾的含量的变化必定会对反射光谱信息产生影响，可根据叶片的光谱信息来估测叶片中钾的含量。1理论基础1．1高光谱遥感的概念高光谱遥感(HyperspeetralRomoteSensing)即高光谱分辨率遥感指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数据。它可在电磁波的紫外、可见光、近红外、中红外以至热红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据。

5、1．2高光谱遥感的优势高光谱遥感的光谱分辨率的提高，使地物目标的属性信息探测能力有所增强。因此，较之全色和多光谱遥感，高光谱遥感有以下显著优势：1)蕴含着近似连续的地物光谱信息。高光谱影像经过光谱反射率重建，能获取地物近似连续的光谱反射率曲线，与地面实测值相匹配，将实验室地物光谱分析模型应用到遥感反演过程中。2)对地表覆盖的识别能力得到极大提高。高光谱数据能够探测具有诊断性光谱吸收特征的物质，能够准确区分地表植被覆盖类型、道路的铺面材料、河流水资源等。3)地形要素分类识别方法灵活多样。影像分类既可以

6、采用各种模式识别方法，如贝叶斯判别、决策树、神经网络、支持向量机等，又可以采用基于地物光谱数据库的光谱匹配方法。分类识别特征，可以采用光谱诊断特征，也可以进行特征选择与提取，进行监督分类和非监督分类口。4)地形要素的定量或半定量分类识别成为可能。在高光谱影像中，能估计出多种地物的状态参量，提高遥感高定量分析的精度和可靠性。1-3高光谱遥感的应用领域收稿日期：2014-04—23作者简介：邓海龙(1988～)，江西遂江人，助理工程师，本科，现主要从事地质信息处理工作108红富士苹果叶片全钾含量高光谱预

7、测研究高光谱遥感在植被生态方面、农业、农作物估测、矿物勘探等领域都有重要应用。2实验材料与方法2．1样品采集供试苹果品种为处于盛果期的红富士，在秋梢停止生长期进行样品采集，依据研究区土地利用现状图和果园分布布设采样点。选取试验区3个镇的6个果园86棵苹果树为采样对象，随机取样，并尽量涵盖不同树势的叶片。每棵苹果树按东、西、南、北4个方位，在冠层外围各取1-2片充分展开、无损、无病虫害的健康功能叶片。将采集的叶片迅速装人保鲜袋、封口、编号，放盛有冰块的保鲜箱中，尽快带回实验室。2．2测定项目2．2．1

8、光谱测定光谱测定采用美国ASDFieldSpec3地物光谱仪，波段值为350—2500nm，其中3501000nm光谱采样间隔为1．4nm，光谱分辨率为3nm；1000～2500nm光谱采样间隔为2nm，光谱分辨率为lOnm。在一个能控制光照条件的暗室内进行光谱测定。测定前，对测定光谱的叶片，用脱脂棉擦拭干净。测定时，叶片单层平整置于反射率近似为零的黑色橡胶上，光谱仪视场角为25。，探头垂直向下正对待测叶片中部，距样品表面距离0．10m；光源用光谱仪自带的50w卤化灯