基于无人机高光谱融合连续投影算法估算棉花地上部生物量

易翔; 张立福; 吕新; 张泽; 田敏; 印彩霞; 马怡茹; 范向龙

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基于无人机高光谱融合连续投影算法估算棉花地上部生物量

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[目的]地上部生物量是表征植物生命活动的重要参数.探索不同的光谱预处理方法和建模方法,实现对棉花地上部生物量快速、无损、准确的估算,对棉花长势监测和大田精准管理具有重要意义.[方法]以新陆早53号、新陆早45号为研究对象,设置不同施氮处理,于出苗后不同阶段获取棉花地上部生物量和无人机高光谱数据,通过连续投影算法(Successive projections algorithm,SPA)筛选不同预处理[一阶导数、二阶导数、Savitzky-Golay(SG平滑)、多元散射校正]后的特征波长,基于筛选出的不同波长组合使用偏最小二乘法回归(Partial least square regression,PLSR)和随机森林回归(Random forest regression,RFR)分别构建棉花地上部生物量估算模型,比较不同预处理后建立模型的精度,确定最优估算模型.[结果](1)利用SPA算法对不同预处理后的光谱信息筛选出特征波长9～26个,可实现光谱信息降维.(2)基于SG平滑-SPA处理及PLSR方法建立的模型最佳,R2达到了0.63,均方根误差(Root mean square error,RMSE)为0.42,验证集的R2为0.67,RMSE为0.44.(3)一阶导数-SPA处理后,采用RFR构建的模型最佳,R2达到0.87,RMSE为0.45,验证集R2为0.81,RMSE为0.37.[结论]采用一阶导数预处理结合SPA筛选特征波长,经RFR构建的估算模型结果和验证效果均最佳,可用于棉花地上部生物量定量估算.

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来源
《棉花学报》 |2021年第3期|224-234|共11页
作者
易翔; 张立福; 吕新; 张泽; 田敏; 印彩霞; 马怡茹; 范向龙;
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作者单位

石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003;

石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003;

中国科学院空天信息创新研究院/遥感科学国家重点实验室北京100094;

石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003;

石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003;

石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003;

石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003;

石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003;

石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003;

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正文语种 chi
中图分类
关键词
棉花; 地上部生物量; 光谱预处理; 特征波长; 偏最小二乘法回归; 随机森林回归;

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