[發(fā)明專利]一種基于高光譜特征參數(shù)的馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110263022.7
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112945881B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設計）人: 蘇亞拉其其格;孟勐;賈立國;祁迷;樊明壽;陳玉珍
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/55;G06F16/245;G06F30/20;G06N3/08
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 張亞偉

本發(fā)明公開了一種基于高光譜特征參數(shù)的馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測方法，包括表征馬鈴薯葉片含水量的特征高光譜篩選，以及基于特征高光譜分別利用PLSR和BP神經(jīng)網(wǎng)絡構(gòu)建的馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測模型；該模型均在不同土壤供水條件下，能夠?qū)崟r、快速、無損地監(jiān)測出馬鈴薯植株葉片水分狀況。其中，PLSR法構(gòu)建的馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測模型更直觀、可視化、容易推廣應用；而BP神經(jīng)網(wǎng)絡構(gòu)建的模型雖無可視化，但計算快速、精度高；生產(chǎn)中可根據(jù)不同需求選擇適宜的馬鈴薯葉片水分監(jiān)測方法；本發(fā)明是馬鈴薯分生育時期節(jié)水灌溉推薦的優(yōu)化模型基礎，同時也實現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)和水資源高效利用并重的農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

技術領域

本發(fā)明涉及農(nóng)作物灌溉技術與遙感領域，具體涉及一種基于高光譜特征參數(shù)的馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測方法。

背景技術

馬鈴薯，屬茄科、一年生草本植物，塊莖可供食用，是全球第四大重要的糧食作物，僅次于小麥、水稻和玉米，而內(nèi)蒙古地區(qū)是我國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一，為了確保馬鈴薯能夠正常生長，其需水量是比較大的，但內(nèi)蒙古地區(qū)屬于我國的北方地區(qū)，氣候干燥降雨量少，導致該地區(qū)水資源嚴重匱乏，而馬鈴薯在缺水條件下，塊莖小、數(shù)量少，會嚴重影響其產(chǎn)量。

在此背景下，如何高效利用有限水資源、節(jié)約農(nóng)業(yè)用水成為人們追求的主要目標，而最為傳統(tǒng)的方式就是灌溉，灌溉是非常浪費水資源、成本的一種方式，一般是定期灌溉，然而，北方天氣干燥，日照充足，土壤水分蒸發(fā)較快，灌溉后大部分的水量會被日照蒸發(fā)消耗，對于產(chǎn)量的提升是非常有限的，若通過增加灌溉頻率，則不僅提高作為重要糧食作物的馬鈴薯栽培成本，而且降低水分利用效率的同時直接影響老百姓的生活成本繼續(xù)增長。

而若能有一種可實時監(jiān)測出馬鈴薯植株水分狀況，供應合理、適量水分的方法，就能保證馬鈴薯獲得高產(chǎn)及優(yōu)質(zhì)的塊莖，并對上述問題的解決具有十分重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于高光譜特征參數(shù)的馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測方法，利用PLSR和BP神經(jīng)網(wǎng)絡構(gòu)建的馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測模型；該兩種方法在不同土壤供水條件下，均能實時監(jiān)測出馬鈴薯葉片含水量，生產(chǎn)中可根據(jù)不同需求選擇適宜的馬鈴薯葉片水分監(jiān)測方法，從而根據(jù)其實時參數(shù)進行合理供水；本發(fā)明是馬鈴薯分生育時期節(jié)水灌溉推薦的優(yōu)化模型基礎，同時也實現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)和水資源高效利用并重的農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

第一方面，本發(fā)明提供了一種基于高光譜特征參數(shù)的馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測方法，該方法采用偏最小二乘回歸法能夠?qū)崟r、快速的監(jiān)測出馬鈴薯葉片含水量，包括如下步驟：

第一步：獲取馬鈴薯冠層葉片高光譜實測數(shù)據(jù)，既高光譜反射率，然后使用EXCEL和ORIGIN軟件計算出高光譜數(shù)據(jù)的光譜指數(shù)和一階導數(shù)；基于Matlab統(tǒng)計分析軟件，采用連續(xù)投影算法篩選并構(gòu)建由光譜反射率、光譜指數(shù)和一階導數(shù)組成的特征高光譜數(shù)據(jù)庫；

特征高光譜數(shù)據(jù)庫包括：X1=R337、X2=R399、X3=R551、X4=R672、X5=R694、X6=R1009、X7=R1131、X8=R1352、X9=R1388、X10=R1411、X11=R1668、X12=R2491，X13=Ρr、X14=EVI、X15= Mr/My、X16= NDII、X17= WBI、X18= NDρg/ρr、X19= PSRI、X20= NDWI、X21= MSI、X22= SR、X23= Msr705、X24= VOG1、X25= VOG2、X26= VOG3、X27= NDVI、X28= NDVI705、X29=ρg，X30=D461、X31=D554、X32=D585、X33=D879、X34=D991、X35=D1134、X36=D1363、X37=D1372、X38=D1395、X39=D1504、X40=D1809、X41=D2230、X42=D2394

其中，R表示該波段的高光譜反射率；D表示該波段的一階導數(shù)；

第二步：將上述篩選的特征高光譜數(shù)據(jù)庫，按序代入到下列公式中，以此構(gòu)建馬鈴薯葉片含水量監(jiān)測模型；