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《浙江大学》 2001年
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水稻生物物理与生物化学参数的光谱遥感估算模型研究

王秀珍  
【摘要】: 多光谱遥感以波长区域不连续的宽波段方式记录地物光谱。它以一个 宽波段的单值代表一个相对宽光谱区域的辐射动态。与多光谱遥感相比, 高光谱遥感可以将视域中观测到的各种地物以完整的光谱曲线记录下来, 获取连续的光谱信息,其本身的波段数以达几百上千个,加上原始光谱的 一阶导数、二阶导数、对数变换及其各种高光谱植被指数等,这并不是简 单的数据量的增加,而是信息量的增加,信息量可增加十倍以至数百倍; 其次,高光谱遥感的光谱分辨率一般小于10nm,低于地表物质的诊断性光 谱宽度(20-40nm)。 鉴于高光谱遥感的独特性能,特别是在地表物质的识别和分类,有用 信息的提取等方面与其它技术相比的优势,使得这一技术在植被的精细分 类、农作物的长势监测和农田水肥状况的分析等方面展现了巨大的应用前 景。植物生物物理和生物化学特性及参数提取的研究成为高光谱遥感技术 最精华和核心的部分。 本研究是在农业遥感与信息技术应用研究所从1983年开始应用遥感技 术进行早稻氮素营养状况试验,后又经过国家自然科学基金”早稻氮素营养 状况的遥感监测基础研究”(1989-1991),浙江省”八五”重点科技项目--水稻 遥感估产技术攻关研究以及国家自然科学基金”水稻营养元素多维光谱分析 与自动化研究”(1995-1996)等系统研究的基础上,采用两类方法:一是通 过多元回归方法建立光谱数据或由此衍生的植被指数与水稻生物物理和生 物化学参数之间的关系;二是基于水稻冠层光谱特征变量的分析技术。以 期①找出一些较适用于水稻生物物理和生物化学参数估算的光谱波段和植 被指数。②评价实测的多光谱、高光谱变量估测水稻生物物理和生物化学 参数的潜力。 具体研究内容概述如下; 1)通过两年的不同氮素营养水平的水稻田间试验,以人为方式造成水稻 氮素营养水平的等级差异,作为本研究的基础。 幻 利用野外光谱仪在自然环境下测得的不同时期、不同氮素营养水平的水 稻冠层光谱,根据实测数据分析了水稻光谱特征及其随时间和施氮量的 变化规律,比较了水稻冠层反射光谱特征与水面、湿地、茬地和室内叶 片的差异。通过分析光谱分辨率对水稻冠层光谱的影响,明确了水稻光 谱分辨率在3~24urn能反映出绿色植物特有的反射特征,当光谱分辨率 >24urn,在 930叫054 urn之间较宽波段明显消失高光谱数据特有的一 些反射特征了。通过信噪比确定最佳波段宽度为小于10urn,讨论了微 分光谱可消除一些背景噪声的影响。 3)根据已有的卫星传感器通道波段和具有物理意义的光谱区域构建多光谱 变量组,包括 27个多(宽波段)光谱波段变量和 12个常用多光谱植被 指数;并根据高光谱特有的特点和地物光谱吸收特征确定对水稻生物物 理和生物化学参数可能有影响的参数如波长位置、深度、面积等,给出 了不同于多光谱变量的高光谱变量,包括原始光谱、一阶微分光谱和高 光谱特征变量19个(基于光谱位置变量,基于光谱面积变量和基于高 光谱VI变量)。 4)采用单变量线性与非线性拟合模型和逐步回归分析,用 1999年试验数 据为训练样本,建立水稻生物物理和生物化学参数的光谱遥感估算模 型,用2000年试验数据作为测试样本数据,对其精度进行评价和验证。 本研究在观测方法上,对叶绿素、纤维素和淀粉等能反映水稻氮素营养 水平指标的生物物理和生物化学参数进行测定,采用不同氮素营养水平的 水稻冠层与室内的叶片高光谱与生物物理参数和生物化学参数测定平行观 测相结合的方法;在光谱数据分析方法上,主要有多元统计分析技术、基 于光谱特征变量的分析技术。 本研究的技术发展和创新点有以下几个方面: 使用较先进的美国ASD背挂式野外光谱辐射仪(ASDFieldspec),它的光 谱范围333~1056urn,具有较高的抽样间隔和光谱分辨率。获取1999-2000 年两年晚稻整个生育期的高光谱数据; b 全面记载水稻生育期,对能反映水稻氮素营养水平指标的生物物理参数 和生物化学参数进行测定,包括叶面积指数。叶片重量、茎重及地上鲜 生物量、地上干生物量、叶片含水率和茎含水率等水稻生物物理参数; 叶绿素a含量(Chla)、叶绿素b含量(Chlb)、类胡萝卜素含量(Car)。 纤维素含量、蛋白氮含量、非蛋白氮含量、及叶鞘淀粉含量等水稻生物 化学参数。 指出光谱遥感估算水稻生物物理和生物化学参数的最佳参数是LAI,其 次是地上鲜生物量和地上干生物量,再次是上叶叶绿素a、累积施氮量, 而纤维素。蛋白质含量估算模型未通过预测精度检验,不能用其估算纤 维素、蛋白质含量。 比较了高光谱变量与多光谱变量用于估算水稻生物物理和生物化学参 数,一些高光谱特征值如红边面积SDr、SDb以及它们的组合,加上一 阶微分光谱等,用这些变量来估算生物化学参数
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:S127;S511.01

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 夏天;吴文斌;周清波;周勇;于雷;;基于高光谱的冬小麦叶面积指数估算方法[J];中国农业科学;2012年10期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 夏天;基于高光谱遥感的区域冬小麦生物量模拟及粮食安全评价[D];华中师范大学;2011年
2 唐延林;水稻高光谱特征及其生物理化参数模拟与估测模型研究[D];浙江大学;2004年
3 李向阳;烟草高光谱特性与农艺、生理、品质指标关系和估测模型研究[D];河南农业大学;2007年
4 王平;农作物重金属污染胁迫遥感弱信息增强与计算[D];东北师范大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓亮;丁香光谱测定方法及相关因子估算模型的研究[D];内蒙古农业大学;2011年
2 张敏;苹果褐斑病的高光谱遥感监测估算分析研究[D];西安科技大学;2011年
3 李军伟;基于高光谱遥感的樟树幼树生理生化参量的反演[D];华中农业大学;2011年
4 洪霞;亚热带典型植物幼苗对辐射强迫的高光谱响应研究[D];浙江农林大学;2011年
5 黄木易;冬小麦条锈病害的高光谱遥感监测[D];安徽农业大学;2004年
6 徐元进;高分辨率光谱遥感地面建模研究[D];中国地质大学;2004年
7 刘秀英;樟树幼林主要生物化学参数高光谱遥感估算模型研究[D];中南林业科技大学;2006年
8 郝建亭;光谱数据处理及其在植被信息提取中的应用[D];成都理工大学;2008年
9 杜培林;基于冠层高光谱变量估算加工番茄生物理化参数的初步研究[D];石河子大学;2008年
10 樊科研;基于冠层高光谱的加工番茄单产估算模型的研究[D];石河子大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 刘伟东,项月琴,郑兰芬,童庆禧,吴长山;高光谱数据与水稻叶面积指数及叶绿素密度的相关分析[J];遥感学报;2000年04期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 杜培林;田丽萍;薛林;韦艳柳;白丽;王进;樊科研;;遥感在作物估产中的应用[J];安徽农业科学;2007年03期
10 陆伟;毛罕平;;高光谱技术在作物信息诊断监测中的应用[J];安徽农业科学;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 马智宏;王秋平;朱大洲;黄文江;王北洪;周全;;自主研发的成像光谱仪应用及建模初探[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
5 龚绍琦;王鑫;沈润平;刘振波;李云梅;;滨海盐土重金属高光谱遥感研究[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
6 燕志明;;“3S”的现状与发展展望内蒙古科技大学高等职业技术学院[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
7 熊显名;王冰冰;滕惠忠;;基于IDL的高光谱数据可视化分析[A];第二十一届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C];2009年
8 李映雪;朱艳;田永超;姚霞;曹卫星;;小麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系[A];全国小麦栽培科学学术研讨会论文集[C];2006年
9 朱艳;姚霞;冯伟;曹卫星;田永超;;基于高光谱遥感的小麦叶片氮含量监测研究[A];作物逆境生理研究进展——中国作物生理第十次学术研讨会文集[C];2007年
10 刘志明;吴文健;张勇;;植物叶片仿生伪装结构模型设计[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(8)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑光辉;江苏部分地区土壤属性高光谱定量估算研究[D];南京大学;2011年
2 姚伏天;基于高斯过程的高光谱图像分类研究[D];浙江大学;2011年
3 石媛媛;基于数字图像的水稻氮磷钾营养诊断与建模研究[D];浙江大学;2011年
4 杨国鹏;基于机器学习方法的高光谱影像分类研究[D];解放军信息工程大学;2010年
5 陈兵;基于多平台棉花黄萎病的遥感监测研究[D];石河子大学;2010年
6 邵咏妮;水稻生长生理特征信息快速无损获取技术的研究[D];浙江大学;2010年
7 黄远程;高光谱影像混合像元分解的若干关键技术研究[D];武汉大学;2010年
8 李金文;基于水稻叶片生理生态学特征的氮营养诊断[D];浙江大学;2010年
9 陈进;高光谱图像分类方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 刘美玲;融合多元环境因子的水稻重金属污染水平遥感评估模型[D];中国地质大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡红;矿区植物胁迫作用与遥感信息提取[D];山东科技大学;2010年
2 邢著荣;基于辐射传输模型和CHRIS数据反演春小麦LAI[D];山东科技大学;2010年
3 雷彤;基于高光谱的苹果花期果期光谱特征分析及其果量估测[D];山东农业大学;2010年
4 秦元伟;基于3S的小尺度农业资源信息提取技术研究[D];山东农业大学;2010年
5 宋晓玥;基于TDPCA与SPIHT的高光谱压缩和降维算法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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7 杨梢娜;杭嘉湖平原稻田不同施氮水平下氮素利用效率及环境效应研究[D];浙江农林大学;2010年
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9 刘根华;氮素对山核桃幼苗生理生化的影响及营养诊断[D];浙江农林大学;2010年
10 林伟;井冈山森林生态系统植被碳密度研究[D];南昌大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曹学昌;赵君实;任德昌;刘和平;;济南旱地土壤水分动态研究[J];山东农业科学;1992年05期
2 郭峰;田纪春;孟庆伟;赵世杰;;遮阴后不同小麦品种(系)旗叶光系统Ⅱ(PSⅡ)对强光的响应[J];山东农业科学;2008年08期
3 王鹏翔;刘垦;艾复清;;成熟期干旱胁迫对烤烟上部叶组织结构及农艺性状的影响[J];安徽农学通报(上半月刊);2010年03期
4 黄木易,黄义德,黄文江,刘良云,王纪华,万安民;冬小麦条锈病生理变化及其遥感机理[J];安徽农业科学;2004年01期
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8 岳坤;杨香合;梁山;;我国粮食安全评价及保障对策研究——以河北省为例[J];安徽农业科学;2010年06期
9 王厚麟;缪绅裕;陈健辉;邓鸿英;叶坚珍;李德宁;郭培国;;不同类群植物叶片SPAD值的比较[J];安徽农业科学;2010年07期
10 韦朝领,江昌俊,陶汉之,宛晓春;茶树叶片光合作用的光抑制及其恢复研究[J];安徽农业大学学报;2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 王晓梅;张玉钧;刘文清;夏慧;;基于光谱特征的植被遥感探测及应用研究[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李云梅;水稻BRDF模型集成与应用研究[D];浙江大学;2001年
2 刘伟东;高光谱遥感土壤信息提取与挖掘研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
3 张连蓬;基于投影寻踪和非线性主曲线的高光谱遥感图像特征提取及分类研究[D];山东科技大学;2003年
4 唐延林;水稻高光谱特征及其生物理化参数模拟与估测模型研究[D];浙江大学;2004年
5 蒋桂英;新疆棉花主要栽培生理指标的高光谱定量提取与应用研究[D];湖南农业大学;2004年
6 颜春燕;遥感提取植被生化组分信息方法与模型研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2003年
7 沈艳;植被生化组分高光谱遥感定量反演研究[D];南京信息工程大学;2006年
8 郭建茂;基于遥感与作物生长模型的冬小麦生长模拟研究[D];南京信息工程大学;2007年
9 吴昀昭;南京城郊农业土壤重金属污染的遥感地球化学基础研究[D];南京大学;2005年
10 冯伟;基于高光谱遥感的小麦氮素营养及生长指标监测研究[D];南京农业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈轩波;对新疆发展番茄产业的研究[D];新疆农业大学;2000年
2 陆海燕;不同水肥条件冬小麦主要农艺理化参量变化及其遥感反演[D];中国农业大学;2003年
3 李晓琴;基于遥感的北京山区植被覆盖景观格局动态变化研究[D];中国农业大学;2003年
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5 张锋;基于遥感信息估测森林生物量的研究[D];东北林业大学;2003年
6 祝善友;高光谱遥感信息提取及其分类研究[D];山东科技大学;2003年
7 徐新刚;遥感估产中农作物估算单产精度检验评价方法[D];中国科学院研究生院(测量与地球物理研究所);2004年
8 黄木易;冬小麦条锈病害的高光谱遥感监测[D];安徽农业大学;2004年
9 徐元进;高分辨率光谱遥感地面建模研究[D];中国地质大学;2004年
10 杨金红;高光谱遥感数据最佳波段选择方法研究[D];南京信息工程大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨可明;郭达志;;植被高光谱特征分析及其病害信息提取研究[J];地理与地理信息科学;2006年04期
2 罗红霞;阚应波;王玲玲;方纪华;戴声佩;;基于高光谱遥感技术的农作物病虫害应用研究现状[J];广东农业科学;2012年18期
3 朱西存;姜远茂;赵庚星;王凌;李希灿;;基于模糊识别的苹果花期冠层钾素含量高光谱估测[J];光谱学与光谱分析;2013年04期
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5 高永光;谭炳球;刘建平;胡闻达;吉小刚;杨可明;;基于EXCEL的高光谱影像光谱响应分析[J];计算机工程与应用;2007年32期
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9 夏天;吴文斌;周清波;周勇;;冬小麦叶面积指数高光谱遥感反演方法对比[J];农业工程学报;2013年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 刘美玲;融合多元环境因子的水稻重金属污染水平遥感评估模型[D];中国地质大学(北京);2011年
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4 李玉霞;岷江上游毛儿盖地区生态水信息指标参数遥感量化研究[D];成都理工大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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6 陆伟;棉花病害的高光谱特性分析及其田间药效试验的研究[D];江苏大学;2007年
7 江道辉;基于遥感的农作物病虫害监测方法研究[D];中国农业科学院;2007年
8 郝建亭;光谱数据处理及其在植被信息提取中的应用[D];成都理工大学;2008年
9 杜培林;基于冠层高光谱变量估算加工番茄生物理化参数的初步研究[D];石河子大学;2008年
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7 王人潮,陈铭臻,蒋亨显;水稻遥感估产的农学机理研究——Ⅰ.不同氮素水平的水稻光谱特征及其敏感波段的选择[J];浙江农业大学学报;1993年S1期
8 王人潮,陈铭臻,蒋亨显;水稻遥感估产的农学机理研究——Ⅱ.农学参数与光谱变量的相关分析[J];浙江农业大学学报;1993年S1期
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【相似文献】
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4 陈劲松;林珲;;基于微波遥感数据的水稻和甘蔗生长监测[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
5 刘占宇;黄敬峰;吴新宏;董永平;王福民;刘朋涛;;天然草地植被覆盖度高光谱遥感估算模型研究[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
6 黄章财;毛军发;李晓春;;CMOS缓冲器的时延估算模型[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年
7 任宏;周其明;;神经网络在工程造价和主要工程量快速估算中的应用研究[A];詹天佑土木工程大奖第四届获奖工程专栏[C];2005年
8 束奇峰;胡晓军;周国治;;应用光学碱度估算熔渣的热物理性质[A];2008年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2008年
9 李卫国;;水稻遥感估产的机理性模式研究[A];粮食安全与现代农业气象业务发展——2008年全国农业气象学术年会论文集[C];2008年
10 吴琰瑜;王学民;秦鸥;谈益妹;程英;刘娜;;对亚临床刺激性接触性皮炎三种生物物理参数的研究[A];2009全国中西医结合皮肤性病学术会议论文汇编[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 任秀珍 记者 熊裕华;估算降水方法精度再次提高[N];西藏日报;2006年
2 ;污染最重时期与环保发展良机一起到来[N];新华每日电讯;2006年
3 顾瑞珍 卫敏丽;目标:天蓝水清 治理:艰难求进[N];人民代表报;2006年
4 张佩颖;十省市启动绿色GDP试点[N];中国企业报;2005年
5 刘树铎;十省市启动绿色GDP试点工作[N];中国经济时报;2005年
6 王比学;转变经济增长方式关键在创新[N];人民日报;2005年
7 林琳;北方主要草原区载畜能力将降低[N];中国气象报;2006年
8 江明 景后寅;保障环境安全将成为农药优劣的重要评价标准[N];经济日报.农村版;2006年
9 李杰;油气输送管道风险评估技术取得突破[N];科技日报;2007年
10 朱力、王晶、刘炎迅;“绿色GDP”地方试验:核算之难[N];中国经营报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王秀珍;水稻生物物理与生物化学参数的光谱遥感估算模型研究[D];浙江大学;2001年
2 唐延林;水稻高光谱特征及其生物理化参数模拟与估测模型研究[D];浙江大学;2004年
3 蒋桂英;新疆棉花主要栽培生理指标的高光谱定量提取与应用研究[D];湖南农业大学;2004年
4 王少锋;汞矿化带土壤/大气界面汞交换通量研究[D];中国科学院研究生院(地球化学研究所);2006年
5 王渊;不同水平油菜氮素含量遥感信息提取方法研究[D];浙江大学;2008年
6 姚付启;冬小麦高光谱特征及其生理生态参数估算模型研究[D];西北农林科技大学;2012年
7 胡广义;分布式降雨量估算模型与方法研究[D];华中科技大学;2009年
8 陈晓燕;旱情监测预测系统建设关键技术研究[D];河海大学;2004年
9 胡昊;基于可见光—近红外光谱的冬小麦氮素营养诊断与生长监测[D];中国农业科学院;2009年
10 孙华生;利用多时相MODIS数据提取中国水稻种植面积和长势信息[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘秀英;樟树幼林主要生物化学参数高光谱遥感估算模型研究[D];中南林业科技大学;2006年
2 王晓亮;丁香光谱测定方法及相关因子估算模型的研究[D];内蒙古农业大学;2011年
3 刘丽华;固体火箭发动机价格估算及模型研究[D];西北工业大学;2001年
4 刘璇;杉木主要生物化学参数的高光谱遥感估算模型研究[D];中南林业科技大学;2010年
5 孟芸;氧化铝生产热力学数据库的优化与完善[D];中南大学;2004年
6 张清林;林木叶片生化组分含量高光谱遥感估算模型研究[D];福建师范大学;2012年
7 张彤;基于灰色RBF神经网络集成的工程快速估价研究[D];西安建筑科技大学;2009年
8 周辉;转向架寿命周期费用估算分析建模及软件开发[D];中南大学;2009年
9 马剑;软件开发工作量估算模型研究及其在项目管理中的应用[D];华北电力大学;2012年
10 李驰宇;高速公路造价快速估算模型与方法的研究[D];西南交通大学;2006年
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