一种用于小麦叶片叶绿素含量估算的遥感系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于小麦叶片叶绿素含量估算的遥感系统，其特征在于，包括前期遥感模块(1)、中期遥感模块(2)、后期遥感模块(3)和叶绿素含量估算模块(4)；其中，前期遥感模块(1)的输出端、中期遥感模块(2)的输出端和后期遥感模块(3)的输出端均与叶绿素含量估算模块(4)的输入端相连。本实用新型专利技术在小麦叶片叶绿素含量估算中引入遥感技术，在小麦不同的生长阶段中选择不同的遥感工作手段，获取小麦叶片叶绿素含量，为精细农业提供技术支持。本实用新型专利技术提高了农业管理中监测叶绿素含量的技术含量，增强了信息化应用水平，在农业领域具有重要的经济价值和社会意义。

【技术实现步骤摘要】

：本技术属于遥感
，特别涉及一种用于小麦叶片叶绿素含量估算的遥感系统。
技术介绍
：目前，常规的获取小麦叶片叶绿素含量的方法是通过实验室化学分析得到。化学测试分析普遍要求破坏小麦样本，费时，费力。高光谱遥感是在电磁波谱的可见光，近红外，中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续影像数据的技术，地面光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。利用高光谱反射率与小麦叶片叶绿素含量之间的响应关系，可以通过回归方程或建立模型测定叶绿素含量。2014年，吴见等人(吴见,侯兰功,王栋.基于Hyperion影像的小麦冠层叶绿素含量估算.农业工程学报.2014年3月,30(6):116-123)采用Htsf–BP神经网络模型对叶片尺度的小麦叶绿素含量进行估算。2013年，Schlemmer等人(SchlemmerM,GitelsonA,SchepersJ,etal.Remoteestimationofnitrogenandchlorophyllcontentsinmaizeatleafandcanopylevels[J].InternationalJournalofAppliedEarthObservationandGeoinformation,2013,25:47-54.)利用植被指数从5种不同施肥条件的小麦叶片估算了小麦叶片叶绿素含量。国内外一些学者多是利用植被指数与叶绿素含量建立回归方程或通过人工神经网络等算法反演辐射传输模型获取小麦叶片叶绿素含量，这些统计模型的优点是简单、快速，但是这些统计模型与特定的遥感数据相关，并且依赖于地点和采样的环境，这些统计模型会随着时间和空间发生改变，缺乏普适性，并且建立的模型精度低。
技术实现思路
：本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于小麦叶片叶绿素含量估算的遥感系统。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案来实现的：一种用于小麦叶片叶绿素含量估算的遥感系统，包括前期遥感模块、中期遥感模块、后期遥感模块和叶绿素含量估算模块；其中，前期遥感模块的输出端、中期遥感模块的输出端和后期遥感模块的输出端均与叶绿素含量估算模块的输入端相连。本技术进一步的改进在于，前期遥感模块由地面光谱仪组成，用于在实验室内测量小麦叶片光谱，并将所测量的小麦叶片光谱输入叶绿素含量估算模块；中期遥感模块由便携式叶绿素仪组成，用于测定小麦样本叶片叶绿素含量，并将所测量的小麦样本叶片叶绿素含量输入叶绿素含量估算模块；后期遥感模块由PROSPECT辐射传输模型组成，PROSPECT辐射传输模型用于模拟小麦叶片反射率光谱，并将所模拟的小麦叶片反射率及其对应的小麦叶绿素含量输入叶绿素含量估算模块；叶绿素含量估算模块用于将接收到的前期测量小麦叶片光谱、中期小麦样本叶片叶绿素含量、后期模拟的小麦叶片反射率及其对应的小麦叶绿素含量进行遥感建模，通过使用支持向量机方法建立小麦叶片叶绿素含量估算模型，估算小麦叶片叶绿素含量，完成研究区的小麦叶绿素含量的遥感估算。本技术进一步的改进在于，所述地面光谱仪是美国ASDFieldSpec3光谱仪，ASDFieldSpec3光谱仪的光谱区间为350-2500nm，光谱通道数2151。本技术进一步的改进在于，所述PROSPECT辐射传输模型是叶片反射率模型。本技术进一步的改进在于，所述便携式叶绿素仪是SPAD-502叶绿素仪，由日本KonicaMinolta公司生产。本技术进一步的改进在于，所述叶绿素含量估算模块由支持向量机构建的小麦叶片叶绿素含量估算模型构成，用于通过支持向量机训练学习小麦叶片叶绿素含量与小麦叶片光谱之间隐含的非线性关系，满足农业管理的需要。相对于现有技术，本技术具有如下的优点：本技术在小麦叶片叶绿素含量估算中引入遥感技术，在小麦不同的生长阶段中选择不同的遥感工作手段，获取小麦叶片叶绿素含量，为精细农业提供技术支持。本技术提高了农业管理中监测叶绿素含量的技术含量，增强了信息化应用水平，在农业领域具有重要的经济价值和社会意义。附图说明：图1为本技术的遥感系统结构示意图。其中：1为前期遥感模块；2为中期遥感模块；3为后期遥感模块；4为叶绿素含量估算模块。具体实施方式：下面结合附图对本技术做进一步详细描述：叶绿素含量能够确定作物光合能力及其生产能力，叶绿素含量还是作物生理、健康状态的重要指示因子，能够用于探测作物胁迫。而且，叶绿素与氮素含量紧密相关。因而，准确的估算小麦叶片叶绿素含量具有重要意义。按照本技术提出的技术方案，利用支持向量机构建的小麦叶片叶绿素估算模型能准确估算作物的叶绿素含量，能够解决小样本小麦采样点情况下叶绿素含量估算问题，可以作为小麦叶片叶绿素含量估算的参考方法。参见图1，本技术一种用于小麦叶片叶绿素含量估算的遥感系统，包括前期遥感模块1、中期遥感模块2、后期遥感模块3和叶绿素含量估算模块4；其中，所述前期遥感模块1的输出端、中期遥感模块2的输出端和后期遥感模块3的输出端均与叶绿素含量估算模块4的输入端连接。前期遥感模块1由地面光谱仪组成，在黑暗实验室内测量小麦叶片光谱，光源为50W卤素灯，光源与垂直方向角度设为15°，距离叶片30cm。光谱仪选用8°视场角探头，将光谱仪探头置于垂直于叶片20cm的位置。在测量每个样品之前，测量暗电流和光谱仪参照白板。每片叶片测量10条光谱，小麦叶片的10条光谱曲线，取其平均值作为小麦叶片的光谱曲线。实测的小麦叶片光谱采用400-776nm的小麦叶片光谱，剔除其余光谱波段，并将所测量的小麦叶片光谱输入叶绿素含量估算模块4。中期遥感模块2由便携式叶绿素仪组成，用于测定小麦样本叶片叶绿素含量，用便携式叶绿素仪夹住小麦叶片，分别在小麦叶片的上部、中部、下部测量叶绿素值，取其均值作为小麦叶片的叶绿素含量值，并将所测量的小麦样本叶片叶绿素含量输入叶绿素含量估算模块4。后期遥感模块3由PROSPECT辐射传输模型组成，PROSPECT辐射传输模型用于模拟小麦叶片反射率光谱，通过调整PROSPECT模型的输入参数，模拟252条研究区小麦叶片的反射率光谱。选用模拟小麦反射率440-776nm区间光谱，并将所模拟的小麦叶片反射率及其对应的小麦叶绿素含量输入叶绿素含量估算模块4。所述PROSPECT辐射传输模型是叶片反射率模型，由Jacq本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于小麦叶片叶绿素含量估算的遥感系统，其特征在于，包括前期遥感模块(1)、中期遥感模块(2)、后期遥感模块(3)和叶绿素含量估算模块(4)；其中，前期遥感模块(1)的输出端、中期遥感模块(2)的输出端和后期遥感模块(3)的输出端均与叶绿素含量估算模块(4)的输入端相连；前期遥感模块(1)由地面光谱仪组成，用于在实验室内测量小麦叶片光谱，并将所测量的小麦叶片光谱输入叶绿素含量估算模块(4)；中期遥感模块(2)由便携式叶绿素仪组成，用于测定小麦样本叶片叶绿素含量，并将所测量的小麦样本叶片叶绿素含量输入叶绿素含量估算模块(4)；后期遥感模块(3)由PROSPECT辐射传输模型组成，PROSPECT辐射传输模型用于模拟小麦叶片反射率光谱，并将所模拟的小麦叶片反射率及其对应的小麦叶绿素含量输入叶绿素含量估算模块(4)；叶绿素含量估算模块(4)用于将接收到的前期测量小麦叶片光谱、中期小麦样本叶片叶绿素含量、后期模拟的小麦叶片反射率及其对应的小麦叶绿素含量进行遥感建模，通过使用支持向量机方法建立小麦叶片叶绿素含量估算模型，估算小麦叶片叶绿素含量，完成研究区的小麦叶绿素含量的遥感估算；所述叶绿素含量估算模块(4)由支持向量机构建的小麦叶片叶绿素含量估算模型构成，用于通过支持向量机训练学习小麦叶片叶绿素含量与小麦叶片光谱之间隐含的非线性关系，满足农业管理的需要。...

【技术特征摘要】
1.一种用于小麦叶片叶绿素含量估算的遥感系统，其特征在于，包括前期遥感模块(1)、中期遥感模块(2)、后期遥感模块(3)和叶绿素含量估算模块(4)；其中，
前期遥感模块(1)的输出端、中期遥感模块(2)的输出端和后期遥感模块(3)的输出端均与叶绿素含量估算模块(4)的输入端相连；
前期遥感模块(1)由地面光谱仪组成，用于在实验室内测量小麦叶片光谱，并将所测量的小麦叶片光谱输入叶绿素含量估算模块(4)；
中期遥感模块(2)由便携式叶绿素仪组成，用于测定小麦样本叶片叶绿素含量，并将所测量的小麦样本叶片叶绿素含量输入叶绿素含量估算模块(4)；
后期遥感模块(3)由PROSPECT辐射传输模型组成，PROSPECT辐射传输模型用于模拟小麦叶片反射率光谱，并将所模拟的小麦叶片反射率及其对应的小麦叶绿素含量输入叶绿素含量估算模块(4)；
叶绿素含量估算模块(4)用于将接收到的前期测量小麦叶片光谱、中期小麦样本叶片叶绿素含量、后期模拟的小麦叶片反射率及其对...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕杰，汪康宁，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61