[发明专利]基于光谱参量的冬小麦冠层含水率监测模型建立方法

权利要求书

1.一种基于光谱参量的冬小麦冠层含水率监测模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、测量冬小麦冠层的光谱反射率和含水率；

S2、通过光谱反射率构建光谱参量；

所述光谱参量包括光谱变换形式和“三边”参数；

S3、对冬小麦冠层含水率与光谱变换形式和“三边”参数进行相关性分析，选择各生育期相关性显著的光谱参量，对其进行主成分分析，通过主成分分析结果分别构建各生育时段综合光谱参量的含水率监测模型，将各生育时段综合光谱参量的含水率监测模型组合作为全生育期综合光谱参量的冠层含水率监测模型；

所述生育期包括拔节-抽穗期、抽穗-灌浆期和灌浆-成熟期；

所述步骤S2中光谱变换形式为对光谱原始反射率进行变换，包括除以R_450-750、除以R₉₃₀、倒数、倒数的对数、倒数的对数的一阶微分、倒数的一阶微分、对数、对数的一阶微分、吸收深度670nm和一阶微分；

所述R_450-750为450nm-750nm波段反射率的平均值，所述R₉₃₀为930nm波段的反射率值，所述吸收深度670nm的计算公式为：

上式中，A₅₆₀为吸收特征起始点560nm处的光谱反射率，B₆₇₀为吸收特征中心点670nm处的光谱反射率，C₇₆₀为吸收特征结束点760nm处的光谱反射率；所述步骤S2中“三边”参数包括红边幅值Dr、红边位置λr、蓝边幅值Db、蓝边位置λb、黄边幅值Dy、黄边位置λy、绿峰幅值Rg、绿峰位置λg、红谷幅值Rr、红谷位置λv、红边面积SDr、蓝边面积SDb、黄边面积SDy、(Rg-Rr)/(Rg+Rr)、Rg/Rr、SDr/SDb、SDr/SDy、(SDr-SDb)、(SDr-SDb)/(SDr+SDb)、(SDr-SDy)/(SDr+SDy)；

所述红边幅值Dr为红光范围680～760nm内一阶导数光谱中的最大值，所述红边位置λr为红边幅值Dr相对应的波长位置，所述蓝边幅值Db为蓝光范围490nm～530nm内一阶导数光谱中的最大值，所述蓝边位置λb为蓝边幅值Db相对应的波长位置，所述黄边幅值Dy为黄光范围560～640nm内一阶导数光谱中的最大值，所述黄边位置λy为黄边幅值Dy相对应的波长位置，所述绿峰幅值Rg为绿光范围510～560nm内的最大波段反射率，所述绿峰位置λg为绿峰幅值Rg相对应的波长位置，所述红谷幅值Rr为红光范围640～680nm内的最小波段反射率，所述红谷位置λv为红谷幅值Rr相对应的波长位置；所述红边面积SDr为红光范围内一阶导数光谱包围的面积；所述蓝边面积SDb为蓝边范围内一阶导数光谱包围的面积；所述黄边面积SDy为黄边范围内一阶导数光谱包围的面积；

所述步骤S3中含水率监测模型的综合光谱参量以各生育时段冬小麦冠层含水率与相应的光谱变换形式及“三边”参数相关性显著为标准选取，其中拔节-抽穗期的光谱参量包括：对数的一阶微分、倒数的对数的一阶微分、Rg/Rr、一阶微分、倒数的一阶微分、除以R_450-750、(Rg-Rr)/(Rg+Rr)、倒数、倒数的对数；抽穗-灌浆期的光谱参量包括：除以R₉₃₀、SDr/SDy、(SDr-SDy)/(SDr+SDy)、黄边面积SDy、一阶微分、倒数、倒数的对数、对数、倒数的一阶微分；灌浆-成熟期的光谱参量包括(Rg-Rr)/(Rg+Rr)、Rg/Rr、除以R_450-750、对数的一阶微分、倒数的对数的一阶微分、(SDr-SDb)/(SDr+SDb)、原始反射率、红谷幅值Rr、除以R₉₃₀；

所述步骤S3中冠层含水率监测模型为：

上式中，Y为冬小麦冠层含水率，M₁为拔节-抽穗期的第一主成分，M₂为拔节-抽穗期的第二主成分，M₃为拔节-抽穗期的第三主成分，N₁为抽穗-灌浆期的第一主成分，N₂为抽穗-灌浆期的第二主成分，N₃为抽穗-灌浆期的第三主成分，L₁为灌浆-成熟期的第一主成分，L₂为灌浆-成熟期的第二主成分，L₃为灌浆-成熟期的第三主成分；

M₁＝0.3489X₁-0.3489X₂+0.3542X₃+0.029X₄-0.3516X₅+0.3563X₆+0.3573X₇+0.3546X₈+0.3551X₉

M₂＝-0.0182X₁+0.0182X₂+0.0020X₃+0.9962X₄+0.0717X₅-0.0120X₆+0.0373X₇-0.0191X₈+0.0178X₉

M₃＝-0.5675X₁+0.5675X₂+0.0519X₃+0.0152X₄-0.4140X₅+0.1459X₆-0.0337X₇+0.3484X₈+0.1921X₉

上式中，X₁为对数的一阶微分，X₂为倒数的对数的一阶微分，X₃为Rg/Rr，X₄为一阶微分，X₅为倒数的一阶微分，X₆为除以R_450-750，X₇为(Rg-Rr)/(Rg+Rr)，X₈为倒数，X₉为倒数的对数；

N₁＝0.3113Q₁-0.2973Q₂-0.3011Q₃+0.3626Q₄+0.3441Q₅-0.3544Q₆-0.3531Q₇+0.3531Q₈+0.3149Q₉

N₂＝-0.1811Q₁+0.5257Q₂+0.5275Q₃+0.0676Q₄+0.1590Q₅-0.3216Q₆-0.3441Q₇+0.3441Q₈-0.2053Q₉

N₃＝0.6511Q₁+0.3235Q₂+0.2660Q₃-0.2341Q₄-0.2332Q₅+0.0289Q₆+0.0289Q₇-0.0289Q₈+0.5379Q₉

上式中，Q₁为除以R₉₃₀，Q₂为SDr/SDy，Q₃为(SDr-SDy)/(SDr+SDy)，Q₄为黄边面积SDy，Q₅为一阶微分，Q₆为倒数，Q₇为倒数的对数，Q₈为对数，Q₉为倒数的一阶微分；

L₁＝-0.3301Z₁-0.3311Z₂+0.3417Z₃-0.3392Z₄+0.3392Z₅-0.3351Z₆+0.3197Z₇+0.3202Z₈+0.3428Z₉

L₂＝0.4065Z₁+0.3971Z₂-0.2538Z₃+0.1021Z₄-0.1021Z₅-0.0844Z₆+0.5348Z₇+0.5232Z₈+0.1602Z₉

L₃＝-0.3082Z₁-0.2994Z₂+0.1956Z₃+0.5979Z₄-0.5979Z₅+0.0073Z₆+0.1196Z₇+0.1624Z₈+0.1461Z₉

上式中，Z₁为(Rg-Rr)/(Rg+Rr)，Z₂为Rg/Rr，Z₃为除以R_450-750，Z₄为对数的一阶微分，Z₅为倒数的对数的一阶微分，Z₆为(SDr-SDb)/(SDr+SDb)，Z₇为原始反射率，Z₈为红谷幅值Rr，Z₉为除以R₉₃₀。