收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于光谱信息的植被氮素快速探测仪器研究

孙刚  
【摘要】:最近几十年来,我国农业取得巨大成就的同时也面临着日益严重的危机,其中,化肥和农药过量投入问题,给生态环境、农产品安全和农业可持续发展都造成了巨大的压力。为了有效遏制这一局面,需要利用快速、无损、低成本的作物营养及长势信息探测设备来指导农业生产,实现按需施肥,增产的同时减少对环境的破坏。氮素是直接反映植被营养状况及代谢的重要组分,也是长势监测、营养诊断乃至品质评价的重要指标。便携式、实时、准确的植被氮素营养监测与诊断仪器是作物氮肥科学管理基运筹调控的必要手段和关键设备之一。本论文以研制植被冠层氮素的快速探测仪器为目标,以不同的技术方案对植被氮素含量快速探测的关键技术进行了研究,完成的主要研究成果和结论如下: (1)研制了以太阳光为光源,以滤光片为分光器件的被动光源式植被冠层氮素探测仪器—一(NRI-0SAVI)一体化氮素测量仪。该仪器以硅光电探测器为探测传感器,通过测量570nm、670nm和800nm三个特征波长处太阳的入射光和植被冠层的反射光,计算出三个特征波长的反射率,最终计算得到NRI和OSAVI植被指数值,可同时测定植被的氮素含量和长势青况。传感器视场角为60°,测量高度可变。试验表明,该被动式氮素测量仪器的测量值与ASD光谱仪的测量数值相比具有很好的相关性。 (2)为了克服被动式光谱测量仪器受环境影响大、工作时间短的劣势,采用LED主动光源脉冲发光技术,进行了主动发光的植被氮素探测仪器研究。首先通过LED主动发出670nm和800nm两个特征波长的脉冲光到探测冠层上,然后再探测该主动光的反射能量,并减去作为背景的太阳光反射能量,计算出两个特征波长处的反射率。接着,利用反射率计算得到反映冠层氮素水平的NDVI植被指数值。该传感器在一定范围内测量结果不受探测高度的影响。实验表明,本氮素测量仪器的测量值与ASD光谱仪的测量数值相比具有很好的相关性。在不同光照条件下的测试表明,该仪器的测量值受太阳光环境影响较小。 (3)由于氮素“易运转”的特性,植被叶片氮素含量在植被上表现出明显的垂直分布特性,本论文研究引入多波段激光雷达技术,获取植被的完整的回波信息,开展了植被氮素含量垂直探测的试验研究。首先推导了复杂散射体的激光雷达方程,然后用6种波段针对3个不同的场景进行了回波模拟,探讨了多波段激光雷达在植被氮素含量方面的潜力。接着,详细介绍了多光谱全波形激光雷达样机的研制。该激光雷达以超连续谱脉冲激光器为光源,以望远镜为信号收集单元,以高速光电转换器为传感器,具有同轴发送接收,全波形记录的特点。其探测的距离分辨率约为15cm,探测的发散角为4mrad,最佳探测距离为20米。根据分光方式不同,本文提出并试验了两种光电探测方案,其一是利用滤光片分光,配合两个分立的雪崩二极管APD模块,实现2个波段的波形探测:其二是利用光栅分光,配合光电倍增管PMT阵列,实现32通道的波形探测。目前的实验表明,方案一可以获取较好的探测波形,能满足设计要求。而方案二由于PMT线阵输出的值较小,获取的波形不太理想,还需要进一步改进。试验表明,该仪器在测距精度方面优于15cm,在多光谱信息获取方面,信噪比较高,能构造植被指数实现分类,还可实现氮素含量垂直探测。整体而言,所设计的仪器具备了生产具有光谱信息的3D点云能力。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王全富,刘丽君,孙聪姝,祖伟;大豆氮素积累及其对籽粒蛋白质含量的影响[J];东北农业大学学报;2005年05期
2 郝西;董中东;李艳;崔党群;;不同水氮环境条件下小麦氮素含量和氮素利用效率的遗传模型研究[J];麦类作物学报;2006年04期
3 赵东旭;姜妍;魏湜;庄文锋;;稀植栽培对春小麦氮素和蛋白质含量变化的研究[J];东北农业大学学报;2007年01期
4 李培德;朴钟泽;张建明;朱春梅;王士梅;;水稻不同器官氮积累及转化效率与氮素利用效率的关系[J];中国农学通报;2007年09期
5 李敏;王齐;;草坪施氮研究概述[J];甘肃农业科技;2008年05期
6 林芬芳;陈祝炉;王珂;邓劲松;许红卫;;基于傅里叶变换红外光谱和siPLS-GA-PLS的水稻叶片氮素含量预测研究[J];红外与毫米波学报;2009年04期
7 龚振平;马春梅;金喜军;姚玉波;;种植大豆对土壤氮素盈亏影响的估算[J];核农学报;2010年01期
8 王秀红;沈健英;陆贻通;;稻田施用固氮蓝藻、有机肥、化肥的肥效比较[J];河南农业科学;2006年05期
9 涂成龙;何腾兵;林昌虎;林绍霞;;贵州西部喀斯特石漠化地区草地土壤有机质和氮素变异特征初步研究[J];水土保持学报;2006年02期
10 赵万春;董剑;高翔;张改生;;施氮对杂交小麦不同器官氮素积累与转运及其杂种优势的影响[J];作物学报;2007年01期
11 梁太波;王振林;刘兰兰;王汝娟;陈晓光;张晓冬;史春余;;腐植酸尿素对生姜产量及氮素吸收、同化和品质的影响[J];植物营养与肥料学报;2007年05期
12 夏冰;刘清波;敖和军;方稳山;萧安民;;超级杂交稻氮素吸收利用的基因型差异及其产量表现[J];作物研究;2008年04期
13 李迪秦;段春奇;秦建权;张运波;杨胜海;陈立军;雷恩;郑华斌;邹应斌;唐启源;;施N对超级杂交稻中后期根系活力和产量的影响[J];作物研究;2009年02期
14 李军;周立伟;钱永德;;氮肥配置对空育131物质生产与产量的影响[J];北方水稻;2009年05期
15 朱霞;韩晓增;乔云发;李晓慧;王守宇;;长期施肥对不同热量带土壤供氮能力的影响[J];华北农学报;2009年05期
16 李旭军;王立平;吴文强;高振新;王建军;石然;;京郊耕地土壤氮素含量时空变化趋势[J];北京农业;2010年S1期
17 于渤;孙明;韩书庆;夏锦闻;;小麦叶绿素、氮素、水分一体化测定仪的开发与测试[J];光谱学与光谱分析;2011年08期
18 毕建杰;姚圣贤;张衍华;徐玉祥;王琦;;施肥水平对棉花苗期生长和土壤氮素含量的影响[J];耕作与栽培;2005年06期
19 陈肖;张世熔;黄丽琴;代英;吴若玉;;成都平原土壤氮素的空间分布特征及其影响因素研究[J];植物营养与肥料学报;2007年01期
20 李卫国;王纪华;赵春江;童庆禧;刘良云;;基于TM影像的冬小麦苗期长势与植株氮素遥感监测研究[J];遥感信息;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 眭晓蕾;孙建磊;成金桃;胡丽萍;任华中;高丽红;张振贤;;营养液氮素含量对黄瓜幼苗光合作用弱光适应性的影响[A];中国园艺学会2011年学术年会论文摘要集[C];2011年
2 朱兆良;;协调我国农业发展与环境保护的氮素管理问题[A];中国科协2001年学术年会分会场特邀报告汇编[C];2001年
3 王晓梅;张玉钧;刘文清;夏慧;方武;;植物氮素含量双波长光学遥测系统的数据处理[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
4 李卫国;王纪华;赵春江;李秉柏;;利用TM遥感进行冬小麦苗期长势监测研究[A];全国农业气象与生态环境学术年会论文集[C];2006年
5 朱波;汪涛;徐泰平;况福虹;罗专溪;高杨;;紫色丘陵区典型小流域氮素迁移及其环境效应[A];四川省第十一次环境监测学术交流会论文集[C];2010年
6 夏慧;李季;刘文清;王晓梅;张玉钧;;植物氮素含量双波长光学遥测系统的研制[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
7 徐大勇;董明辉;胡曙鋆;王学红;杨建昌;朱庆森;;水稻品种氮素代谢特性与稻米主要品质性状关系的研究[A];2005年全国作物遗传育种学术研讨会暨中国作物学会分子育种分会成立大会论文集(二)[C];2005年
8 胡少伟;;SRAP结构评估修复成套技术及其推广应用简介[A];中国原水论坛专辑[C];2010年
9 朱兆良;;氮素管理与粮食生产和环境[A];《氮素循环与农业和环境》专辑——氮素循环与农业和环境学术讨论会论文集[C];2001年
10 许煜东;王波;皮开荣;孙永清;;物探综合方法在河床深厚沙卵砾石层探测中的试验研究[A];首届全国水工抗震防灾学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙刚;基于光谱信息的植被氮素快速探测仪器研究[D];中国农业大学;2013年
2 马林;中国食物链氮素流动规律及调控策略[D];河北农业大学;2010年
3 夏体渊;滇池流域集约化农田生态系统氮素格局与作物功能性状响应策略[D];华东师范大学;2011年
4 遆超普;不同空间尺度区域氮素收支[D];南京农业大学;2011年
5 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
6 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
7 王方永;基于近地可见光成像传感器的棉花生长信息监测研究[D];石河子大学;2011年
8 赵营;宁夏引黄灌区不同类型农田氮素累积与淋洗特征研究[D];中国农业科学院;2012年
9 张晓晟;京郊地区集约化蔬菜生产中氮素综合管理系统的建立和应用[D];中国农业大学;2005年
10 李文娟;玉米(Zea mays L.)氮素营养生理及其与叶片衰老的关系[D];中国农业科学院;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏晨;植物色素及氮素含量高光谱遥感估算模型的元分析[D];浙江大学;2013年
2 李方舟;水旱地冬小麦光谱特征变化及植株氮素含量监测研究[D];山西农业大学;2013年
3 张万如;基于生长模型的温室黄瓜氮素管理决策支持系统[D];南京农业大学;2010年
4 陈肖;成都平原土壤氮素的时空变异及其影响因素研究[D];四川农业大学;2007年
5 宋欣欣;低氮水平下诱导的水稻DNA甲基化变异[D];东北师范大学;2009年
6 唐强;基于时空序列的小麦冠层氮素营养诊断及长势参数监测研究[D];石河子大学;2010年
7 洪晓微;福建优质烤烟生产的氮素营养研究[D];福建农林大学;2006年
8 马嵩;钱塘江沉积物生源氮素和有毒物质多氯联苯污染特征[D];浙江大学;2007年
9 屠娟娟;大麦花后氮素养分和品质的动态模拟[D];扬州大学;2009年
10 董召娣;不同施氮条件下油菜杂交种与亲本对氮素吸收利用的差异[D];扬州大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 黄朝武 通讯员 何志勇;优化氮肥利用是关键[N];农民日报;2009年
2 王金湘;寻找隐伏矿有了新武器[N];中国矿业报;2005年
3 记者王华楠;施肥过程精细化 节约成本防污染[N];中国技术市场报;2010年
4 吴凡;国外除草新技术[N];福建科技报;2011年
5 佳山;科学种蘑菇[N];山西科技报;2002年
6 永年县农业局南沿村区域中心站 籍红民 贡冬梅 李书祥;地膜大蒜追肥注意事项[N];河北科技报;2007年
7 山西长治土肥站 贾天清 山西天脊集团 史庆林;正确认识硝态氮肥[N];农资导报;2006年
8 ;果树树盘堆雪有好处[N];吉林农村报;2008年
9 农博;果树树盘堆雪好处多[N];陕西科技报;2008年
10 李德智;新菜地如何改良[N];福建科技报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978