[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

说明书

本发明公开了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。本发明根据不同水分处理下各生育期冬小麦冠层光谱反射率与植株冠层含水率数据，分析了光谱信息基础变换与“三边”参数对植株冠层含水率之间相关关系，提出了考虑各生育期特点且具有较高精度的适宜模型组合，并构建了综合光谱信息基础变换与“三边”参数等诸多自变量的植株冠层含水率的主成分估算模型，突破了光谱监测生育时段制约及其他背景噪声影响，为冬小麦植株水分含量高光谱准确诊断提供理论依据和技术支持。

技术领域

本发明涉及农业种植技术领域，具体涉及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。

背景技术

水分作为作物生长过程中主要的限制因子之一，其亏缺直接影响植株的生理生化过程和形态结构，最终导致作物减产或品质不佳；所以大规模实时监测植株水分状况，对提高作物水分管理水平，确保作物提质增效具有重要的理论和实践意义。为保证冬小麦稳产高产，势必结合其植株冠层含水率实时动态精准监控数据，及时通过灌溉补充冬小麦生育期内缺水量。植株水分亏缺造成冬小麦生理生化特征变化与植株冠层光谱特征差异，使采用光谱技术监测植株冠层含水率成为可能。相比于传统监测植株水分的方法如烘干法，属于破坏性采样，不仅费时费力，也难以获得单个植株水分的动态变化；但近年来随着光谱技术的快速发展，光谱时空分辨率大幅提高，为大面积植株水分实时动态精准无损监测提供了技术支撑。

近年来国内外学者对作物水分光谱监测进行了大量的研究，并建立了不同作物水分光谱估算模型。由于受破坏性试验采样量的限制或生育期内天气状况不佳等关键因素影响，诸多研究成果多局限于特定生育期植株含水率光谱监测模型构建；作物不同生育期内光谱特征变化较显著，特定生育期光谱模型能否适用于全生育期植株含水率监测令人质疑。为了便于操作，相关学者也开展多种模型在不同生育阶段模拟效果对比研究，后提出适用于全生育期植株含水率的光谱监测模型，但是该全生育期模型在各个生育期模拟精度与适用性有待进一步验证，才有利于该模型应用与推广；由于受不同生育期植株生理结构及生长特性指标等因素变异影响，不同生育时段光谱反射率也随之变化，采用特定全生育期光谱监测模型在各个生育期模拟精度存在较大差异，特别是针对整个生育期模型监测精度也亟待提高，才能满足作物植株水分精准管理需要。

随着光谱分辨率提高，丰富了光谱信息数据，但也增加了背景和噪声干扰。相关研究表明，通过反射光谱信息的基础变换如倒数、对数与微分等，能降低背景与噪音影响，增强光谱吸收与提取特征，提高模型模拟精度。“三边”位置、幅值、面积等参数及其由该类参数构建的光谱指数等信息能较好反映绿色植被光谱特征，且“三边”参数对叶面积指数、氮含量和叶绿素含量较为敏感，但目前选择“三边”参数监测作物植株含水率的研究并不多见。采用综合光谱参量能有效减少背景与噪声的干扰，能确保监测模型稳定可靠，所以本发明专利综合了光谱信息基础变换与“三边”参数等光谱参量，在此基础上建立能满足不同生育时段冬小麦冠层含水率监测模型建立方法，确保各生育时段冬小麦冠层含水率监测精准与稳定。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的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突破了植株冠层含水率光谱监测生育时段制约与其他背景噪声的影响，实现了作物全生育期光谱监测精准与稳定。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：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，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；