冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法技术

本发明专利技术公开了一种冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法。本发明专利技术根据不同施氮水平下各生育期冬小麦冠层光谱反射率与植株冠层含氮量数据，光谱信息基础变换与“三边”参数对植株冠层含氮量之间相关关系，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氮量的主成分估算模型，突破了光谱监测生育时段制约与其他背景噪声的影响，为冬小麦冠层含氮量全生育期时段高光谱准确诊断提供理论依据和技术支持。

Establishment of Spectral Monitoring Model for Nitrogen Content of Winter Wheat during Whole Growth Period

【技术实现步骤摘要】
冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法
本专利技术涉及农业种植
，具体涉及一种冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法。
技术介绍
氮素是小麦的主要营养元素，它对小麦的生命活动以及小麦的产量和品质有着极其重要的影响；所以大规模实时监测作物的氮肥状况，对提高冬小麦品质及土地的可持续利用，确保作物提质增效具有重要的理论和实践意义。植株氮素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氮量成为可能。相比传统的破坏性采样监测植株冠层含氮量方法，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，为无损监测作物高光谱信息提供了技术支撑。近年来国内外学者对作物营养状态监测进行了大量的研究，并建立了不同作物含氮量光谱估算模型。其中诸多研究成果多局限于特定生育期植株含氮量光谱监测模型构建；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氮量监测令人质疑。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氮量的光谱监测模型，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、测量冬小麦冠层的光谱反射率和含氮量；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、对冬小麦冠层含氮量与光谱变换形式和“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氮量监测模型，将各生育时段综合光谱参量的含氮量监测模型组合作为冠层含氮量全生育时段光谱监测模型；所述生育期包括拔节‑抽穗期、抽穗‑灌浆期和灌浆‑成熟期。

【技术特征摘要】
1.一种冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、测量冬小麦冠层的光谱反射率和含氮量；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、对冬小麦冠层含氮量与光谱变换形式和“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氮量监测模型，将各生育时段综合光谱参量的含氮量监测模型组合作为冠层含氮量全生育时段光谱监测模型；所述生育期包括拔节-抽穗期、抽穗-灌浆期和灌浆-成熟期。2.根据权利要求1所述的冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，其特征在于，所述步骤S1中光谱反射率的测量方法为：在每次监测前采用反射率为1的白板进行校正，将手持式地物光谱仪的探头垂直向下且距冬小麦冠层15cm，选择三处监测点并分别采用手持式地物光谱仪监测小麦植株冠层光谱，将光谱监测结果的平均值作为冬小麦冠层的光谱反射率。3.根据权利要求2所述的冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，其特征在于，所述步骤S1中含氮量的测量方法为：剪取经过光谱监测后的冬小麦植株，将剪取的冬小麦植株的茎、叶以及穗部分离，放入烘箱中在105℃温度下杀青20min，再在80℃下烘干至恒重，将烘干后的小麦植株研磨成粉，用H2SO4-H2O2对粉末进行消煮，再通过凯式定氮仪测定粉末的含氮量，即为冬小麦植株的含氮量。4.根据权利要求1所述的冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，其特征在于，所述步骤S2中光谱变换形式为对光谱反射率进行变换，包括除以R450-750、除以R930、倒数、倒数的对数、倒数的对数的一阶微分、倒数的一阶微分、对数、对数的一阶微分、吸收深度670nm和一阶微分；所述R450-750为450nm-750nm波段反射率的平均值，所述R930为930nm波段的反射率值，所述吸收深度670nm的计算公式为：上式中，A560为吸收特征起始点560nm处的光谱反射率，B670为吸收特征中心点670nm处的光谱反射率，C760为吸收特征结束点760nm处的光谱反射率。5.根据权利要求4所述的冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，其特征在于，所述步骤S2中“三边”参数包括红边幅值Dr、红边位置λr、蓝边幅值Db、蓝边位置λb、黄边幅值Dy、黄边位置λy、绿峰幅值Rg、绿峰位置λg、红谷幅值Rr、红谷位置λv、红边面积SDr、蓝边面积SDb、黄边面积SDy、(Rg-Rr)/(Rg+Rr)、Rg/Rr、SDr/SDb、SDr/SDy、(SDr-SDb)、(SDr-SDb)/(SDr+SDb)、(SDr-SDy)/(SDr+SDy)；所述红边幅值Dr为红光范围680～760nm内一阶导数光谱中的最大值，所述红边位置λr为红边幅值Dr相对应的波长位置，所述蓝边幅值Db为蓝光范围490nm～530nm内一阶导数光谱中的最大值，所述蓝边位置λb为蓝边幅值Db相对应的波长位置，所述黄边幅值Dy为黄光范围560～640nm内一阶导数光谱中的最大值，所述黄边位置λy为黄边幅值Dy相对应的波长位置，所述绿峰幅值Rg为绿光范围510～560nm内的最大波段反射率，所述绿峰位置λg为绿峰幅值Rg相对应的波长位置，所述红谷幅值Rr为红光范围640～680nm内的最小波段反射率，所述红谷位置λv为红谷幅值Rr相对应的波长位置。6.根据权利要求5所述的冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，其特征在于，所述步骤S3中含氮量监测模型的综合光谱参量以各生育时段冬小麦冠层含氮量与相应的光谱变换形式及“三边”参数相关性显著为标准选取，其中拔节-抽穗期的光谱参量包括：倒数的一阶微...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭致功，林少喆，张宝忠，陈鹤，魏征，蔡甲冰，刘露，韩娜娜，张倩，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11