检索结果-内蒙古大学图书馆

南京农业大学学报 2025年第1期48卷 1-13页

作者：郑恒彪吉文翰郭彩丽张小虎邱小雷姚霞江冲亚朱艳曹卫星程涛南京农业大学国家信息农业工程技术中心/智慧农业研究院/智慧农业教育部工程研究中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/江苏省信息农业重点实验室/现代作物生产省部共建协同创新中心江苏南京210095

快速、准确估测作物产量不仅有利于提前掌握粮食生产状况,而且对国家粮食政策的制定至关重要。无人机遥感技术因其快速、便捷、成本低等优势,以及可同时搭载多种传感器获取高时空分辨率影像,在作物产量估测研究中发挥了重要作用。本文... 详细信息

快速、准确估测作物产量不仅有利于提前掌握粮食生产状况,而且对国家粮食政策的制定至关重要。无人机遥感技术因其快速、便捷、成本低等优势,以及可同时搭载多种传感器获取高时空分辨率影像,在作物产量估测研究中发挥了重要作用。本文首先介绍了无人机遥感估产的相关背景;其次对近二十年来无人机遥感估产的研究现状进行了概述,分别从无人机平台、传感器、估产模型构建等方面重点综述了近年来国内外无人机遥感估产的研究进展;最后讨论了影响无人机遥感估产精度的因素、尚未解决的关键技术问题以及无人机遥感估产的未来发展前景。本文可为了解无人机遥感估产研究前沿、技术瓶颈、发展前景提供重要参考,为精确栽培、智慧育种提供技术支撑。

关键词：作物产量估测无人机遥感传感器建模方法研究进展

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利用日光诱导叶绿素荧光监测水稻叶片叶绿素含量

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农业工程学报 2021年第12期37卷 169-180页

作者：印玉明王永清马春晨郑恒彪程涛田永超朱艳曹卫星姚霞南京农业大学国家信息农业工程技术中心/江苏省信息农业重点实验室/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/智慧农业教育部工程研究中心/现代作物生产省部共建协同创新中心南京210095

快速准确地监测作物叶片叶绿素含量对于研究作物光合作用、氮素营养以及胁迫状况至关重要。该研究基于不同品种、不同密度、不同氮素水平的水稻田间小区试验,分别获取冠层和单叶的辐亮度光谱、反射率光谱及生理生态指标等,计算日光诱导... 详细信息

快速准确地监测作物叶片叶绿素含量对于研究作物光合作用、氮素营养以及胁迫状况至关重要。该研究基于不同品种、不同密度、不同氮素水平的水稻田间小区试验,分别获取冠层和单叶的辐亮度光谱、反射率光谱及生理生态指标等,计算日光诱导叶绿素荧光(Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)指数和植被指数,进一步基于线性回归和辐射传输模型2种方法来建立叶绿素含量监测模型,评估多个叶绿素监测模型的精度及适用性。结果表明:1)在冠层尺度,冠层761 nm处SIF强度(F761)与冠层叶绿素含量相关性最高,决定系数(Determination coefficient,R^(2))为0.72,略高于表现最好的红边叶绿素指数(Red edge Chlorophyll index,CIred edge)(R^(2)=0.63);2)在单叶尺度,归一化下行SIF指数(↓FY NDFI)与单叶叶绿素含量相关性最高,R^(2)为0.77,比表现最好的上行荧光产量双峰比值指数(↑FY687/↑FY741)R^(2)高出0.10,与表现最好的植被指数CIred edge效果相当(R^(2)=0.81);3)基于SCOPE(Soil Canopy Observation,Photochemistry and Energy fluxes)模型反演水稻冠层叶绿素含量的验证R^(2)为0.57,均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)为56.54μg/cm,效果差于PROSAIL模型(模型检验的R^(2)为0.91,RMSE为22.59μg/cm);4)单叶Fluspect-B模型反演水稻单叶叶绿素含量的验证R^(2)为0.55,均方根误差RMSE为19.45μg/cm,效果差于PROCWT模型反演结果(R^(2)为0.72,RMSE为6.42μg/cm)。综上,SIF指数在监测冠层和单叶叶绿素含量时效果较好,基于SIF的辐射传输模型也可以用来反演水稻冠层和单叶的叶绿素含量。研究结果可为SIF监测作物叶绿素含量提供理论依据,并对未来利用SIF进行植物光合作用研究提供理论支持。

关键词：水稻叶绿素模型日光诱导叶绿素荧光单叶尺度冠层尺度 SCOPE Fluspect-B

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数学形态学辅助下基于光谱指数的作物冠层组分分类

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农业工程学报 2022年第7期38卷 163-170页

作者：张羽杨涛马吉锋黄宇郑恒彪程涛田永超朱艳姚霞南京农业大学国家信息农业工程技术中心/江苏省信息农业重点实验室/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/智慧农业教育部工程研究中心/现代作物生产省部共建协同创新中心南京210095

近地遥感常被用于获取作物冠层组分信息,但在提取叶片反射率时常受到土壤背景、穗和阴影效应的影响。为准确分类并提取作物冠层组分信息,该研究通过分析小麦冠层各组分(光照/阴影叶片、土壤、穗)的光谱及纹理差异,提出了一种光谱指数与... 详细信息

近地遥感常被用于获取作物冠层组分信息,但在提取叶片反射率时常受到土壤背景、穗和阴影效应的影响。为准确分类并提取作物冠层组分信息,该研究通过分析小麦冠层各组分(光照/阴影叶片、土壤、穗)的光谱及纹理差异,提出了一种光谱指数与数学形态学结合的作物冠层组分分类方法,探讨不同生育时期的最佳冠层组分分类方法,并定量分析不同组分的归一化光谱指数与小麦叶片氮含量的关系。结果表明:光谱指数法能较好地区分小麦抽穗前的不同冠层组分,而抽穗期的分类效果易受麦穗影响;光谱指数与数学形态学结合的分类方法能较好地消除麦穗对光照/阴影叶片提取的干扰(总体分类精度为97.80%,Kappa系数为0.97,运行时间3.87 min),该方法的分类精度及运行效率均优于传统分类方法(迭代自组织数据分析算法(Iterative Selforganizing Data Analysis Techniques Algorithm, ISODATA)和最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation, MLE));而且,基于光照和阴影叶片的归一化光谱指数对叶片氮含量最敏感。研究结果可为其他作物冠层组分分类和精准农业中农学参数的定量反演提供技术参考。

关键词：冠层组分光谱指数数学形态学高光谱影像光照叶片阴影叶片

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格网化小麦生长模拟预测系统设计与实现

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农业工程学报 2020年第15期36卷 167-172页

作者：徐浩张小虎邱小雷朱艳曹卫星南京农业大学国家信息农业工程技术中心智慧农业教育部工程研究中心农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室江苏省信息农业重点实验室江苏现代作物生产协同创新中心南京210095

利用作物生长模型模拟小麦区域生产力,分析气候变化对农业生产的影响是研究粮食安全的热点问题之一。拥有操作方便、计算快速特点的小麦区域生产力模拟系统,可有效提高作物生长模型区域应用能力。该研究在分解小麦生长模型WheatGrow算... 详细信息

利用作物生长模型模拟小麦区域生产力,分析气候变化对农业生产的影响是研究粮食安全的热点问题之一。拥有操作方便、计算快速特点的小麦区域生产力模拟系统,可有效提高作物生长模型区域应用能力。该研究在分解小麦生长模型WheatGrow算法基础上,利用Python语言构建了格网化小麦生长模型,实现了基于空间格网数据的小麦区域生产力模拟。验证试验结果表明:模拟产量的均方根误差为1 070 kg/hm^2,标准均方根误差小于20%,系统所集成的WheatGrow模型具有较好的预测性;同时,结合格网数据分块构建区域模拟的并行计算策略,优化了区域模拟的性能。在此基础上,采用GIS组件式开发模式,在.NET平台下开发格网化小麦生长模拟预测系统,实现作物生长模型与GIS耦合,为研究区域小麦产量潜力,评估气候变化对小麦生长影响,制定农业决策提供软件工具。

关键词：作物模型并行算法 GIS 格网数据系统开发

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两类真菌病害的特异性叶片光谱响应与监测精度对比研究

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遥感学报 2024年第10期28卷 2485-2499页

作者：薛博文孔媛媛田龙王雪姚霞朱艳曹卫星程涛南京农业大学国家信息农业工程技术中心/智慧农业教育部工程研究中心/农业农村部作物系统分析与决策重点实验室/江苏省信息农业重点实验室/现代作物生产省部共建协同创新中心南京210095

作物病害遥感监测对精准防控和粮食安全至关重要。病害光谱响应规律及其生理依据是病害遥感监测的基础,而针对该基础性问题的深入研究仍较缺乏。本研究通过比较两类侵染特性相异的真菌病害及其光谱监测精度,旨在系统阐明病叶光谱响应机... 详细信息

作物病害遥感监测对精准防控和粮食安全至关重要。病害光谱响应规律及其生理依据是病害遥感监测的基础,而针对该基础性问题的深入研究仍较缺乏。本研究通过比较两类侵染特性相异的真菌病害及其光谱监测精度,旨在系统阐明病叶光谱响应机制及其特异性。研究选择活体营养型小麦白粉病WPM(Wheat Powdery Mildew)和半活体营养型水稻叶瘟病RLB(Rice Leaf Blast)作为实例。基于叶片反射光谱和辐射传输模型参数反演,本文对比了两类病害的光谱响应、生化参数与结构参数变化规律;并在病叶识别和病情严重度估算中比较病害光谱特征的精度差异及其特异性监测表现。结果表明,两类病害的光谱变异趋势整体相似但其光谱响应强度有显著差异,且两者在绿峰及近红外平台的光谱形状变化明显不同。此外,色素含量对两类病害响应趋势相似但强度不同,其中叶片含水量和结构参数仅对RLB响应显著。在病叶识别中,前人构建病害光谱特征均对目标病害监测表现出特异性优势。其中,小波特征WF3820和WF5866分别对WPM和RLB的识别精度最高且特异性最强。在病情估算中,光谱指数RIBIred和PRI分别对WPM和RLB病情严重度敏感性最高且特异性显著。其中,RIBIred在病叶识别和病情估算中的综合表现和特异性最优(Overall accuracy=0.74,R^(2)=0.58)。本文将两类病害光谱响应与病理成因关联分析,为病害特异性光谱监测提供了有力证据和新的认识,对病害光谱监测机理解析和多种病害识别具有重要意义。

关键词：遥感病害识别病情估算 PROSPECT 生化参数叶片结构光谱指数连续小波变换

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基于成像高光谱的小麦冠层白粉病早期监测方法

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中国农业科学 2022年第6期55卷 1110-1126页

作者：蔡苇荻张羽刘海燕郑恒彪程涛田永超朱艳曹卫星姚霞南京农业大学农学院/国家信息农业工程技术中心/智慧农业教育部工程研究中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/江苏省信息农业重点实验室/现代作物生产省部共建协同创新中心

【目的】本研究利用近地面成像高光谱仪，获取接种白粉病菌后的小麦田间冠层时序影像，探索光谱信息与纹理信息的结合在冠层尺度上早期监测小麦白粉病的能力和表现。【方法】本试验以不同年份、不同抗病性小麦品种的田间试验为基础，利... 详细信息

【目的】本研究利用近地面成像高光谱仪，获取接种白粉病菌后的小麦田间冠层时序影像，探索光谱信息与纹理信息的结合在冠层尺度上早期监测小麦白粉病的能力和表现。【方法】本试验以不同年份、不同抗病性小麦品种的田间试验为基础，利用连续小波（continuous wavelet transform,CWT）方法提取对小麦白粉病敏感的小波特征，并基于小波特征获取对应的纹理特征，用以构建归一化纹理指数（normalized difference texture index,NDTI），同时选取具有代表性的传统植被指数（vegetation indices,VIs），然后利用偏最小二乘判别分析模型（partial least squares-linear discrimination analysis,PLS-LDA）基于上述特征及组合，建立小麦冠层健康与感病状态识别模型，并利用偏最小二乘回归（partial least-squares regression,PLSR）构建了小麦冠层病情严重度估测模型，并利用该技术基于最优特征及组合判别接种后不同天数的小麦健康与感病状态。【结果】基于 CWT算法入选的 4 个小波特征分别是 6 尺度的 595 nm（黄光区域），5 尺度的 614 nm（红光区域），3 尺度的 708 nm（近红外区域）和 4 尺度的 754 nm（近红外区域）；进一步确定了构建最佳纹理指数组合的纹理特征有：754 nm 处的熵（entropy,ENT）、均值（mean,MEA）、均一性（homogeneity,HOM）,7 008 nm 处的 ENT、HOM,614 nm 处的 ENT、HOM、异质性（dissimilarity, DIS）,595 nm 处的 ENT、HOM、DIS。其中，近红外波段 754 nm 处的纹理特征 MEA表现最优越，与病情严重度的相关性最高（R2=0.67）。本研究进一步发现基于小波特征与纹理特征结合构建的小麦健康与病害判别 PLS-LDA 模型的精度最高，其总体分类精度为 81.17%,Kappa 系数为 0.63；基于光谱指数与纹理指数组合构建的小麦病情严重度 PLSR 模型效果最优，建模和检验 R2分别为 0.76 和 0.71。本研究中最早能够识别的小麦冠层白粉病的病情严重度为 26%左右（接种后 24 d 左右）。【结论】基于小波特征与纹理特征结合构建的小麦健康与病害识别模型能够显著提高病害的分类精度，而光谱指数与纹理指数的特征组合能够显著提高病情严重度的估测精度以及稳定性。本研究方法和结果可为其他作物的病害监测提供借鉴和参考，对现代智慧农业的精确施药提供了技术支持。

关键词：小麦白粉病冠层成像高光谱连续小波纹理特征

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白粉病对小麦光合特性的影响及病害严重度的定量模拟

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中国农业科学 2023年第6期56卷 1061-1073页

作者：常春义曹元 Ghulam Mustafa 刘红艳张羽汤亮刘兵朱艳姚霞曹卫星刘蕾蕾南京农业大学农学院/国家信息农业工程技术中心/智慧农业教育部工程研究中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/江苏省信息农业重点实验室/江苏省现代作物生产协同创新中心

【目的】明确白粉病胁迫对小麦光合特性的影响规律，构建白粉病胁迫下小麦光合生产的模拟模型。【方法】以小麦为试验材料，分别于拔节期和孕穗期进行不同接种程度的小麦白粉病试验，明确白粉病对小麦光合特性的影响规律；在此基础上构... 详细信息

【目的】明确白粉病胁迫对小麦光合特性的影响规律，构建白粉病胁迫下小麦光合生产的模拟模型。【方法】以小麦为试验材料，分别于拔节期和孕穗期进行不同接种程度的小麦白粉病试验，明确白粉病对小麦光合特性的影响规律；在此基础上构建小麦白粉病严重度预测模型，量化白粉病对小麦的生理影响；基于单叶净光合速率（P_n）和叶面积指数（LAI），实现小麦白粉病严重度预测模型与作物生长模型（WheatGrow）的耦合。【结果】白粉病胁迫下，小麦单叶P_n和LAI均呈现下降趋势，与对照（CK）相比分别平均下降18.81%和23.41%，且与初始接种程度相比，发病时期对小麦P_n和LAI的影响更为严重；小麦白粉病田间病情发展具有明显的平缓期、指数爆发期和稳定期，总的来说各处理下小麦白粉病流行的时间动态变化特征符合Logistic函数，基于白粉病胁迫对小麦影响的拟合结果，构建小麦白粉病病害胁迫因子，用以反映白粉病对小麦生理指标影响的胁迫效应；基于WheatGrow模型的光合生产子模型，结合小麦白粉病病害胁迫因子，提出模拟白粉病对小麦叶片P_n和LAI效应的算法，并利用独立年份的数据资料对改进后的WheatGrow模型进行检验。【结论】耦合白粉病胁迫因子的WheatGrow模型对白粉病胁迫下小麦叶片P_n、LAI、地上部生物量和产量的预测精度均好于原模型，模拟精度较原模型分别提高了53.29%、43.61%、60.09%和67.57%，改进后的模型可为小麦白粉病严重度的预测与小麦产量损失的定量评估等提供数字化工具和技术支撑。

关键词：冬小麦白粉病光合特性病害严重度预测模型 WheatGrow模型耦合

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小麦生长模型对拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的比较

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中国农业科学 2021年第3期54卷 504-521页

[目的]作物生长模型是预测和评估气候变化对作物生产力影响的重要量化工具,明确典型作物生长模型对小麦拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的不足,可以为进一步改进低温胁迫对小麦生产力影响的模拟算法提供指导.[方法]本研究将来自4套国际... 详细信息

[目的]作物生长模型是预测和评估气候变化对作物生产力影响的重要量化工具,明确典型作物生长模型对小麦拔节期和孕穗期低温胁迫响应能力的不足,可以为进一步改进低温胁迫对小麦生产力影响的模拟算法提供指导.[方法]本研究将来自4套国际知名小麦生长模型(美国密歇根州立大学的CERES-Wheat、美国华盛顿州立大学的CropSyst、荷兰瓦赫宁根大学的WOFOST和法国国家农业科学研究院的STICS模型)的典型低温胁迫效应算法,与本课题组研发的小麦生长模拟模型WheatGrow相耦合,利用2012—2013年南京和2013—2015如皋不同品种(扬麦16和徐麦30)、不同温度水平(最低至-6℃)和持续时间(2、4、6 d)的人工气候室低温盆栽试验资料,检验和评价了原WheatGrow模型和耦合后低温胁迫效应算法的WheatGrow模型在拔节期和孕穗期低温胁迫下对小麦叶面积指数动态、茎生物量、地上部总生物量、籽粒产量等指标的预测能力.[结果]拔节—孕穗期低温胁迫明显降低了小麦叶面积指数、地上部生物量积累和籽粒产量,且随低温水平的降低和持续时间的增加降低幅度呈明显升高趋势.比较不同处理时期和品种发现,小麦生长发育及产量对孕穗期低温处理较拔节期低温处理更加敏感,扬麦16较徐麦30对低温胁迫更为敏感.耦合了4种低温胁迫效应算法的WheatGrow模型在模拟叶面积指数动态上较原WheatGrow模型有所改善,但模拟误差仍然较大,其中对孕穗期低温处理的模拟误差大于拔节期处理.4种低温胁迫算法均低估了低温胁迫对茎生物量以及成熟期地上部生物量积累的不利影响.综合比较4种低温胁迫算法的预测能力可以看出,对于叶面积指数和地上部生物量的动态模拟,CropSyst模型中的低温胁迫效应算法表现最好;对于茎生物量的动态模拟,WOFOST模型中的低温胁迫效应算法表现最好,特别是孕穗期低温处理;对于籽粒产量的模拟,STICS模型中的低温胁迫效应算法表现最好,其次是CropSyst模型.[结论]耦合低温胁迫效应算法后的WheatGrow模型,在模拟叶面积指数、茎生物量、地上部生物量和籽粒产量上均好于原WheatGrow模型,且在弱低温条件下的模拟效果好于强低温条件,但是4套算法由于没有考虑低温胁迫对茎秆的直接伤害、低温胁迫对干物质分配的影响以及低温胁迫后的恢复和补偿效应,因此在模拟茎生物量积累,以及模拟不同低温持续时间下的地上部生物量积累存在明显不足.此外,4套低温效应算法引入参数较多,为模型的参数化带来一定的困难,有待今后进一步改进和完善.研究结果对改进小麦生长模型对低温胁迫响应,降低气候变化背景下作物生产力的预测预警的不确定性具有重要意义.

关键词：小麦低温胁迫作物生长模型算法比较模型检验 WheatGrow模型

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不同光合-CO_(2)响应模型对水稻快速A-C_(i)响应(RACiR)曲线拟合效果的比较研究

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南京农业大学学报 2022年第6期45卷 1099-1106页

作者：王雪康敏王偲媛曹卫星朱艳刘兵南京农业大学国家信息农业工程技术中心/智慧农业教育部工程研究中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/江苏省信息农业重点实验室/现代作物生产省部共建协同创新中心江苏南京210095

[目的]光合-CO_(2)响应(photosynthetic carbon assimilation CO_(2)response,A-C_(i))模型是定量研究植物光合特性对环境因子响应的主要手段,也是植物生理和生态学领域的重要研究工具。本文旨在探究合适的测试方法以及数学模型来更好... 详细信息

[目的]光合-CO_(2)响应(photosynthetic carbon assimilation CO_(2)response,A-C_(i))模型是定量研究植物光合特性对环境因子响应的主要手段,也是植物生理和生态学领域的重要研究工具。本文旨在探究合适的测试方法以及数学模型来更好地获取水稻光合参数。[方法]以水稻为试验材料,采用快速A-C_(i)响应(rapid A-C_(i)response,RACiR)曲线与传统的光合-CO_(2)响应曲线测试方法对水稻单叶光合参数进行测量。使用生化模型(FvCB)、直角双曲线模型、Michaelis-Menten模型、非直角双曲线模型、指数函数模型、分段函数模型、叶子飘模型以及指数修正模型对试验数据进行拟合。[结果]RACiR方法通过不同模型获得的参数与A-C_(i)方法测试得到的参数具有较好的一致性,且RACiR技术可节约近50%的测试时间。但也存在不能同步测量荧光数据以及难以实时查看测试数据是否存在异常等弊端。除FvCB外的7种光合-CO_(2)响应模型中,叶子飘模型整体上拟合出的光合特征参数较为可靠。[结论]RACiR测试方法具有较好的可靠性,且相对于传统方法其测试效率显著提高;叶子飘模型在水稻光合作用参数拟合上具有更优的性能。研究结果将为水稻光合作用-CO_(2)响应研究选用合适的测试方式和拟合模型等提供理论依据。

关键词：水稻光合作用 CO_(2)响应模型快速光合-CO_(2)响应曲线

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二向反射和方向半球反射光谱差异及其对小麦叶片叶绿素含量反演的影响

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作物学报 2023年第2期49卷 485-496页

作者：王雪王文辉李栋姚霞朱艳曹卫星程涛南京农业大学国家信息农业工程技术中心/江苏省信息农业重点实验室/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/智慧农业教育部工程研究中心/现代作物生产省部共建协同创新中心江苏南京210095

二向反射率因子(bidirectional reflectance factor,BRF)和方向半球反射率因子(directional-hemispherical reflectance factor,DHRF)是反射光谱的两种形式,但在生化参数监测过程中,多数研究忽略了BRF和DHRF光谱的差异及其对叶片叶绿素含量(leaf chlorophyll content,LCC)反演的影响。本研究以不同品种、密度及氮素处理的小麦田间小区试验为基础,在叶片尺度获取了BRF和DHRF光谱,并计算相应的植被指数和小波系数,建立了基于植被指数和小波系数的LCC监测模型,定量分析BRF和DHRF光谱、植被指数和小波系数的差异及其对LCC反演的影响。结果表明,1)BRF和DHRF随LCC变化趋势一致,但两种光谱存在显著差异,且BRF光谱值高于DHRF光谱值;2)在一定程度上,应用植被指数和小波系数均可消除BRF和DHRF光谱差异的影响,其中归一化红边植被指数(normalized differential red edge vegetation index,NDRE)和红边叶绿素指数(red edge chlorophyll index,C_(Ired-edge))可以消除BRF和DHRF光谱差异的影响(R^(2)=0.930),但小波系数的性能要优于植被指数(R^(2)=0.995);3)基于DHRF光谱的植被指数和小波系数对LCC的估测能力优于BRF光谱,所有植被指数中NDRE反演效果最好(DHRF:R^(2)=0.957;BRF:R^(2)=0.938;All:R^(2)=0.892),第4尺度765 nm处的小波系数WF(4,675)反演LCC的效果优于NDRE(DHRF:R^(2)=0.985;BRF:R^(2)=0.971;All:R^(2)=0.973),且WF(4,675)消除BRF和DHRF光谱差异对LCC反演的影响能力强于NDRE(WF(4,675):R^(2)=0.973;NDRE:R^(2)=0.892)。综上所述,BRF和DHRF光谱存在差异,且这种差异不能直接忽略。研究明确了BRF和DHRF光谱的差异,为构建基于BRF和DHRF光谱的统一模型及提升冠层尺度LCC精确反演提供理论基础。

关键词：小麦二向反射方向半球反射叶片叶绿素含量植被指数小波系数

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