一种基于三波段植被指数的小麦叶面积指数估算模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于小麦叶面积指数估算的新型三波段植被指数的构建方法，步骤如下：规范采集小麦的冠层反射率和叶面积指数；基于归一化植被指数构建新型的三波段植被指数形式，利用建模数据，采用比较任意组合形式确定三个波段最佳波长和系数k，得到一种适用于小麦叶面积估算的最优三波段植被指数并以此建立小麦叶面积指数估算模型。采用独立实验数据对该新型植被指数及其估算模型进行验证和测试。发现，本发明专利技术构建的新型植被指数结构简单，所建立的估算模型对小麦叶面积指数进行估算表现出较高的精度，在作物叶面积指数较高时，有效避免了饱和现象的发生。可以广泛应用于精确农业小麦生产中叶面积指数的实时、无损和准确估算。

A method for building a wheat leaf area index model based on three band vegetation index

The invention discloses a construction method, which is suitable for wheat leaf area index estimation model three band vegetation index as follows: to standardize the acquisition of wheat canopy reflectance and leaf area index; normalized difference vegetation index to construct three band vegetation indices based on new forms, the use of modeling data, using any combination of form three bands the best wavelength and the coefficient K, a suitable for wheat leaf area estimation of the optimal three band vegetation indices and establish wheat leaf area index estimation model. The independent experimental data were used to verify and test the new vegetation index and its estimation model. It is found that the new vegetation index constructed by the invention has simple structure, and the established estimation model has high accuracy for estimating the leaf area index of wheat. When the crop leaf area index is high, the saturation phenomenon is avoided effectively. It can be widely used in real-time, nondestructive and accurate estimation of leaf area index in precision agricultural wheat production.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三波段植被指数的小麦叶面积指数估算模型的构建方法
本专利技术属于基于反射光谱的作物生长状况快速无损监测领域，特别涉及一种基于三波段植被指数的小麦叶面积指数估算模型的构建方法。
技术介绍
叶片是重要的植物器官，不仅参与植物光合作用、蒸腾作用及其他多种重要的生理生化反应，同时也是植物截取光能的主要场所。叶面积指数(Leafareaindex，LAI)是指单位土地面积上植物叶片总面积比上土地面积的倍数，即单位土地面积上绿叶片的总面积，在农业上是反映作物群体长势以及产量预测的重要指标。传统的叶面积指数的测量方法主要包括直接测量法和间接测量法两类，直接测定方法是指传统的、具有一定破坏性的方法，具体操作为对植物的实际叶片面积进行测量并通过相应转换获得实际的叶面积指数，如小样法、长宽系数法和LI-3000仪器测量等。间接测量法是指用一些测量参数或用光学仪器得到一种有效叶面积指数参数，如LAI-2000、SUNSCAN和AccuPAR植物冠层分析仪测量等。虽然这两类测量方法在植物叶面积指数测量中已被广泛使用，但却存在测量范围过小的缺陷，不利于生产中大尺度范围内叶面积指数的估测。遥感即遥远的感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三波段植被指数的小麦叶面积指数估算模型的构建方法，其特征在于具体步骤如下：(1)、数据采集：采集小麦冠层光谱反射率，同步测定小麦叶面积指数LAI，获得建模数据和检验数据；(2)、基于归一化植被指数NDVI构建新型的三波段植被指数mNDVIs：

【技术特征摘要】
1.一种基于三波段植被指数的小麦叶面积指数估算模型的构建方法，其特征在于具体步骤如下：(1)、数据采集：采集小麦冠层光谱反射率，同步测定小麦叶面积指数LAI，获得建模数据和检验数据；(2)、基于归一化植被指数NDVI构建新型的三波段植被指数mNDVIs：其中，Rλ1为第一波段λ1的反射率，Rλ2为第二波段λ2反射率，Rλ3为第三波段λ3的反射率，第一波段、第二波段、第三波段的波长范围均为350～2500nm；k为第三波段反射率R3的系数，-1≤k≤1；(3)、确定最优的三波段植被指数：基于确定的三波段植被指数mNDVIs，以350～2500nm为三个波段的波长范围，1nm为波段步长；以0.1为系数k的步长，列出所有波段波长和系数组合(λ1,λ2,λ3,k)；对每一种组合与对应的小麦叶面积指数进行线性拟合，计算该线性拟合的线性拟合度R2以及利用建模数据计算相对敏感系数Sr；以最大线性拟合度R2和最优相对敏感系数Sr确定最优三波段植被指数mNDVI；(4)、构建小麦叶面积指数估算模型：基于建模数据，线性拟合确定的最优的三波段植被指数mNDVI和与其对应的LAI，确定线性关系系数a和b，建立小麦叶面积指数估算模型；(5)、检验小麦叶面积指数估算模型：采用独立试验数据作为检验数据，对小麦叶面积指数估算模型进行验证和测试；根据小麦叶面积指数估算模型，通过检验数据的小麦冠层光谱反射率估算得到叶面积指数预测值，然后通过检验数据中的叶面积指数实测值对叶面积指数预测值进行检验，计算相对根均方误差RRMSE和偏差bias。其中，n为检验数据样本数，Pi为叶面积指数预测值，Oi为叶面积指数实测值。2.根据权利要求1所述的基于三波段植被指数的小麦叶面积指数估算模型的构建方法，其特征在于步骤(1)中，数据采集自不同年份、不同生态点、不同生育期、不同施氮水平、不同水分处理和不同种植密度处理的小麦田间试验。3.根据权利要求1所述的基于三波段植被指数的小麦叶面积指数估算模型的构建方法，其特征在于步骤(1)中，采集小麦冠层光谱反射率的方法为：采用野外高光谱辐射仪测定小麦冠层反射率，波段范围为350～2500nm，其中350～1000nm光谱采样间隔为1.4nm，光谱分辨率为3nm；1000～2500nm光谱采样间隔为2nm，光谱分辨率为10nm；测量环境条件为晴朗、无风；测定时间范围为10：00～14：00，测量时传感器探头垂直向下于冠层顶部，光谱仪视场角为25°，距离冠层顶垂直高度约1m，地面视场范围直径为0.44m；每个样本点采集3次，时间间隔为1s，以3次采集的平均值作为小麦冠层光谱反射率。4.根据权利要求1所述的基于三波段植被指数的小麦叶面积指数估算模型的构建方法，其特征在于步骤(1)中，测定小麦叶面积指数的方法为：和小麦冠层反射率测定在相同样本点同步进行，采用间接测量法进行测量，使用边长1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚霞，曹中盛，程涛，朱艳，田永超，马吉锋，张羽，王雪，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32