基于冠層高光譜的加工番茄單產(chǎn)估算模型研究

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1、基于冠層高光譜的加工番茄單產(chǎn)估算模型的研究物長勢監(jiān)測與估產(chǎn)，農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測，農(nóng)作物品質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域。所有這些都充分證實了高光譜遙感的應(yīng)用潛力。1．2基本原理及光譜特征¨4咱叫物質(zhì)在電磁波相互作用下，由于電子躍遷、原子分子振動和轉(zhuǎn)動等復(fù)雜作用。會在某些特定波長位置形成反映物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)信息的光譜吸收和反射特征。物質(zhì)的這種對不同波段光譜的響應(yīng)特性叫光譜特性。光譜特征是遙感方法探測各種物質(zhì)組成成分和結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。植物光譜診斷便是基于植物的光譜特性來進行的。因綠色植被的光譜反射或發(fā)射特征與巖石、土壤、水體等地物的光譜特

2、征在遙感影像上迥然不同。植物的光譜特性是由其組織結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)成分和形態(tài)學(xué)特征決定的，主要包括葉片的顏色、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和植物水分含量等，而這些特征與植物的生長發(fā)育階段，健康狀況和物候現(xiàn)象等因素密切相關(guān)，使光譜曲線存在許多差異。即任何植物都有植物季相節(jié)律，它從植物細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)到植物群體的宏觀結(jié)構(gòu)上均會有反映，致使植物單體或群體的物理光學(xué)特征也發(fā)生周期性變化，因此有可能通過多光譜遙感信息獲得植物及其變化的信息。但總體來說，健康的綠色植物其光譜曲線規(guī)律性明顯而獨特，而且所有植被類型在400—2400nTn光譜區(qū)域內(nèi)的反射

3、光譜特性非常相似，總是呈現(xiàn)明顯的“峰和谷”的特征?？梢姽獠糠值牡凸?450nm和680nTII處的藍、紅光)主要由葉綠素強烈吸收弓i起，550nm附近是葉綠素的強反射峰。由于色素強烈吸收藍紅光而相對反射綠光，因此人們對健康植物視覺效果是綠色的。在600—700nm波段，因葉綠素對這部分光的強烈吸收，多數(shù)植物在680hm或670nm處的反射率最低：在700—750nm波段，曲線陡而接近于直線，其斜率與葉綠素的含量有關(guān)。假如葉綠素等色素的濃度或含量因故下降，這種綠色效果就會減弱，在光譜曲線上體現(xiàn)在可見光部分的低谷變淺

4、。近紅外高原區(qū)(700—1300nm)對于典型植物葉片的反射率為40％一50％，這主要是由于植物葉片內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)多次反射、散射之結(jié)果。1300hm以后的三個明顯低谷是由于時片魂部的液態(tài)水強烈吸收的結(jié)果，相應(yīng)地稱這些波長位置為水吸收波段，造成了植被光譜在可見光波段的低反射率、近紅外波段的高反射率和短波紅外區(qū)域的較高反射率特征。不同的植物以及同一種植物在不同的生長發(fā)育階段，其反射光譜曲線形態(tài)和特征也不同，健康的綠色植被反射光譜曲線上，植被這種對可見光和近紅外輻射的吸收一反射作用的兩種截然不同的表現(xiàn)，使得不同地物在遙感

5、影像上形成不同的紋理、形狀，從而可以通過遙感解譯圖像來識別不同地物。病蟲害、灌溉、施肥等條件的不同也會引起植物反射光譜特性的變化，因此，利用光譜的這一特征和遙感數(shù)據(jù)進行作物的成為區(qū)分植被類型、長勢及估算生物量的依據(jù)。利用這些光譜特性植物的生化組分，國內(nèi)外已在小麥、玉米、棉花、多種闊葉與針樹等植物上進行了研究。根據(jù)綠色植被的這種特點，可以對特定生長階段的綠色植物冠層光譜進行遙感測定，達到農(nóng)作物長勢的適時遙感監(jiān)測。遙感估產(chǎn)是根據(jù)根據(jù)光學(xué)原理，對各種農(nóng)作物的不回生長期的時瓦反射光譜的測定，建立各種農(nóng)作物的野外光譜資料，

6、從遙感傳感器中獲取農(nóng)作物的光譜特性，對其分析，獲得不同農(nóng)作物不同波段間的關(guān)系數(shù)據(jù)，監(jiān)測出農(nóng)作物的生長狀況和預(yù)測最終的產(chǎn)量，2基于冠層高光譜的加工番茄單產(chǎn)估算模型的研究這就是農(nóng)作物估產(chǎn)的基本原理。它包括2項重要內(nèi)容：作物識別與播種面積提取、長勢監(jiān)測與產(chǎn)量預(yù)報。因此可以利用傳感器獲取的地面作物的光譜信息來估算作物的產(chǎn)量。常用的光譜信息有NDVI(歸～化差值植被指數(shù))、RVI(比值植被指數(shù))、PVI(垂直植被指數(shù))、DVI(比值植被指數(shù))等。1．3高光譜遙感的起源、發(fā)展20世紀(jì)80年代遙感技術(shù)的最大成就之一是高光譜遙感

7、技術(shù)的興起哺制。第一幅高光譜分辯率遙感圖像是在1983年由最早的航空成像光譜儀(AIS．1)獲得，以其全新的面貌呈現(xiàn)在科學(xué)界面前，它要求利用新的處理手段來操作和提取信息D一31。這一技術(shù)將確定物質(zhì)或地物性質(zhì)的光譜與其空間和幾何關(guān)系的圖像革命性地結(jié)合在一起，也因而受到了世界各國遙感科學(xué)家的普遍關(guān)注。其數(shù)據(jù)信息被應(yīng)用于多個地學(xué)研究領(lǐng)域中，開創(chuàng)了高光譜和高空間分辨率兼有光譜和圖像合一的高光譜遙感技術(shù)新時代。1987年美國宇航局(NASA)航空可見光／近紅外成像光譜儀(AVIRIS)的研制成功標(biāo)志著高光譜遙感儀進入第二代

8、，它是首次測量全部太陽輻射覆蓋的波長范圍(400-2500nm)的成像光譜儀．1987年后，AVlRIS每年為科學(xué)研究和實際應(yīng)用提供大量的圖像數(shù)據(jù)。截止到1998年，已經(jīng)發(fā)表與AVIRIS數(shù)據(jù)有關(guān)的研究論文(摘要)有250多篇，在過去的10多年里己多次召開與AVIRIS數(shù)據(jù)有關(guān)的研討班、學(xué)術(shù)交流會¨一。幾乎與AVIRIS并存的加拿大研制的小型機載成像光譜儀(CASI)有很