[發明專利]一種構建分數階微分光譜指數及其監測小麥條銹病的方法

有效

• 申請號: 202110055448.3
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN113155747B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 時鳴;余洋;張騰;競霞
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/47
• 代理公司: 西安新創通知識產權代理事務所(普通合伙) 61267
• 代理人: 線飛祥

本發明公開了一種構建分數階微分光譜指數的方法，包括：步驟一、獲取試驗區各個樣本小麥冠層反射率光譜數據；步驟二、確定遙感探測小麥條銹病的最優分數階微分的階次；步驟三、分別構建了兩波段和三波段分數階微分光譜指數；步驟四、確定用于構建分數階微分光譜指數的分數階次及其對應波長；步驟五、評價構建的分數階微分光譜指數對小麥條銹病遙感探測的有效性。本發明還公開了一種利用上述指數監測小麥條銹病的方法。本發明利用分數階次對光譜數據進行處理，能夠突出光譜的細微信息，描述光譜數據間的微小差異，在一定程度上增強弱光譜的吸收特性，保留更多的有用信息，對提高小麥條銹病的遙感探測精度具有重要意義。

技術領域

本發明涉及小麥條銹病遙感監測技術領域，具體是涉及一種構建分數階微分光譜指數及其監測小麥條銹病的方法。

背景技術

小麥條銹病是一種發病率高且危害范圍廣的氣傳真菌性病害，嚴重影響了小麥的安全生產，獲取小麥條銹病的發病狀況對其病害的防控具有重要意義。高光譜遙感數據能夠敏感反映不同病害脅迫狀況的光譜差異，為受脅迫植物的生理脅迫提供豐富的信息，被廣泛用于作物病害狀況的遙感探測。對反射率光譜數據進行微分處理能夠增強光譜曲線在坡度上的細微變化，消除部分線性和接近線性的背景及噪聲對植被光譜的影響，反映植被的本質特征。研究表明，微分光譜較原始反射率光譜對作物病害脅迫程度更為敏感，在作物病害的識別與監測中得到了廣泛應用，然而整數階微分忽略了光譜的漸變信息，在消除噪聲的同時易造成信號缺失，影響了作物病害遙感探測精度。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供了一種小麥條銹病遙感監測指數的構建方法，其利用分數階次對光譜數據進行處理，能夠突出光譜的細微信息，描述光譜數據間的微小差異，在一定程度上增強了弱光譜的吸收特性，保留了更多的有用信息。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種構建分數階微分光譜指數的方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟一、獲取試驗區各個樣本小麥冠層反射率光譜數據；

步驟二、以階次間隔為0.1對各個樣本的400-1000nm的光譜數據進行0-2階分數階微分處理，并對分數階微分光譜與小麥條銹病病情嚴重度的相關性進行分析，提取各分數階微分光譜中與病情嚴重度具有最大相關性的波段，確定適合遙感探測小麥條銹病的分數階微分階次；

步驟三、以公式(1)～(6)的指數形式為基礎，構造兩波段分數階微分差值指數(FDI)，分數階微分比值指數(FRI)、分數階微分歸一化差值指數(FNDI)以及三波段分數階微分改進差值指數(FIDI)、分數階微分光化學指數(FPRI)和分數階微分改進比值指數(FIRI)，并且計算這些指數與病情嚴重度的相關性；

式中，ρ為不同階次的光譜反射率，α為階次，λ為波長，且λ1≠λ2≠λ3；

步驟四、確定不同階次下最佳兩波段分數階微分光譜指數和三波段分數階微分光譜指數的波段組合，分析不同階次下分數階微分光譜指數與病情指數的相關性，選擇所有階次中與病情嚴重度相關性最高的指數作為最終構建的兩波段分數階微分光譜指數和分三波段分數階微分光譜指數；

步驟五、利用構建的分數階微分光譜指數進行小麥條銹病的遙感探測，驗證構建的分數階微分光譜指數對小麥條銹病遙感探測的有效性。

本發明還公開了一種利用上述指數監測小麥條銹病的方法，其特征在于，包括：

步驟101、獲取小麥冠層反射率光譜數據；

步驟102、對所述反射率光譜數據進行分數階微分處理，所述分數階微分階次取值為0.3～1.3。