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《石河子大学》 2005年
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基于LAI的棉花产量近地遥感模型研究

柏军华  
【摘要】:设置棉花不同品种、水份、肥料、密度等多种处理,于不同生育时期测定棉花群体叶面积指数(LAI)与采集冠层近地高光谱数据,收获时测定棉花产量,分析了光谱对不同LAI棉花冠层的响应及棉花产量与LAI相关关系,建立了棉花产量定量监测模型。具体研究结果如下: 1) LAI与光谱反射率在可见光波段与短波红外波段呈显著负相关,与近红外波段高光谱反射率呈显著正相关。LAI与棉花冠层微分光谱主要在蓝边(523-531nm)、黄边(570-576nm)、红边(700-755nm)“三边”分别形成相关高台区,其中700-755nm波段最宽,相关性最强。 2) 不同品种、不同生育时期棉花冠层红边(680nm-755nm)均出现“双峰”现象,两峰波段位置分别位于718nm与723nm,两峰之间的“谷底”在720nm;LAI较小时,前锋(718nm)高于后峰(723nm),LAI较大时后峰高于前锋。D723估算LAI水平高于Dr。 3) 建立分段模型,可以提高LAI的估算准确度与精度,对棉花LAI的估算相对误差小于20%,RMSE小于0.35。 4) 棉花中后期LAI与产量都有显著相关性,盛铃期是利用LAI监测棉花产量最佳时相(7月下旬到8月上旬)。利用棉花盛铃期反射率光谱特征参量,建立了LAI估算棉花产量的模型,估算相对误差约为4.42%,RMSE在91.3 kg hm~(-2),预测值与实测值相关系数达0.7890极显著水平。 5) L-Y模型对不同生态区棉花有较强的普适性,利用棉花全生育期LAI动态变化与产量关系和地面高光谱遥感参数模型监测的多时相LAI,通过夹角、距离最小对应或者统计相关两种不同方式对产量求解,可以实现对棉花产量的定量估算,估算相对误差约为5.44%;RMSE达到116.2kg hm~(-2);预测值与实测值相关关系为0.836,达到极显著水平。 本研究主要在以下方面取得了重要进展: 1、通过对不同LAI棉花冠层的高光谱特征响应曲线分析,提取的系列高光谱参数可以更好实现LAI的定量监测。选用LAI与“三边”波段相关性高的一阶微分总合SDb、SDy、SDr参数优于利用整个“三边”微分总和建立的模型。D723对棉花LAI的监测好于Dr,而红边振幅Dr不是监测棉花LAI最好的红边参数。 2、棉花中后期LAI与产量都有显著相关性,盛铃期是利用LAI监测棉花产量最佳时相。基于多时相动态LAI建立了L-Y棉花产量监测模型。 3、实现了近地定量LAI遥感反演模型与农学棉花产量监测模型链结,为大尺度定量棉花遥感估产奠定了基础。
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