專利名稱：作物冠層葉片的全氮含量估算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及作物生化組分光譜無損檢測技術領域，特別是涉及一種對作物冠層葉片的全氮含量進行估算的方法。
背景技術：
氮素是包括大麥在內(nèi)的作物所需的主要營養(yǎng)元素，直接影響著作物生長發(fā)育與產(chǎn)量品質(zhì)的形成。對作物冠層葉片的氮素含量水平進行實時、快速和準確地檢測，有利于科學合理地指導氮肥施用，減少過量施氮造成的環(huán)境污染，提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，具有重要的實際意義與應用價值，本發(fā)明所述的全氮含量，具體是指作物冠層葉片單位干重中所含氮素的總量，乘以100后用百分比(％ )表示，單位為gN100/gDW。傳統(tǒng)的作物氮素含量檢測方法耗時費力成本高，并具有破壞性和滯后性。近年來， 隨著高光譜技術的快速發(fā)展，應用光譜無損探測技術對包括氮素在內(nèi)的作物生化組分進行無損監(jiān)測估算，已成為當前研究田間作物長勢及營養(yǎng)診斷的重要方法。目前，應用光譜技術檢測作物氮素含量的主要方法有兩種一是使用敏感波長的反射率組合生成的各種光譜植被指數(shù)；二是應用光譜特征變量直接與作物氮素含量建立響應模型，實現(xiàn)氮素含量的光譜無損估測，光譜特征變量主要包括光譜曲線反射峰或吸收谷特征，以及導數(shù)光譜特征量。這兩類方法由于通常只使用少數(shù)幾個特征波長，往往忽略對高光譜數(shù)據(jù)多個波段豐富信息的挖掘應用，并且在實際應用中很少考慮晴天由于局部云斑陰影暫時或偶然性遮擋產(chǎn)生的光譜差異，使得構建的氮素光譜估算方法模型在時間與空間應用上常表現(xiàn)出擴展性不強、穩(wěn)定性缺乏的局限。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術問題針對現(xiàn)有技術中的上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種作物冠層葉片的全氮含量估算方法，其能夠挖掘應用高光譜數(shù)據(jù)多個波段的豐富信息，建立起擴展性和穩(wěn)定性強的作物葉片全氮含量光譜估算模型，還可以在一定程度上消除偶然性云斑陰影的影響，提高了作物冠層葉片全氮含量估算在實際應用中的準確性和可比性。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種作物冠層葉片的全氮含量估算方法，所述方法包括步驟Sl 測定作物冠層包含400nm 760nm波段范圍的高光譜數(shù)據(jù)，計算作物冠層光譜反射率并得到其光譜反射率曲線；S2:利用作物冠層光譜反射率計算作物冠層相對光譜反射率并得到其相對光譜反射率曲線；S3 對作物冠層相對光譜反射率曲線中400nm 500nm與680nm 760nm兩個特征波段的相對光譜反射率曲線分別進行線性擬合，計算得到兩段相對光譜反射率曲線各自的斜率；S4 利用680nm 760nm與400nm 500nm兩個特征波段的相對光譜反射率曲線
斜率的比值，建立作物冠層葉片全氮含量估算模型，實現(xiàn)作物冠層葉片全氮含量的估算。其中，所述的步驟S2中計算作物冠層的相對光譜反射率包括先對所述作物冠層光譜反射率曲線作平滑處理，然后用平滑后的作物冠層光譜反射率曲線中各個波長對應的光譜反射率除以平滑后的作物冠層光譜反射率曲線中所有波長對應的光譜反射率的均值的步驟。其中，所述的先對所述作物冠層光譜反射率曲線作平滑處理，然后用平滑后的作物冠層光譜反射率曲線中各個波長對應的光譜反射率除以平滑后的作物冠層光譜反射率曲線中所有波長對應的光譜反射率的均值，進一步包括設P i為波長為i的光譜反射率， Ri為平滑后的波長為i的光譜反射率，R' i為波長為i的相對光譜反射率，則
權利要求
1.一種作物冠層葉片的全氮含量估算方法，其特征在于，包括步驟51測定作物冠層包含400nm 760nm波段范圍的高光譜數(shù)據(jù)，計算作物冠層光譜反射率并得到其光譜反射率曲線；52利用作物冠層光譜反射率計算作物冠層相對光譜反射率并得到其相對光譜反射率曲線；53對作物冠層相對光譜反射率曲線中400nm 500nm與680nm 760nm兩個特征波段的相對光譜反射率曲線分別進行線性擬合，計算得到兩段相對光譜反射率曲線各自的斜率；54利用680nm 760nm與400nm 500nm兩個特征波段的相對光譜反射率曲線斜率的比值，建立作物冠層葉片全氮含量估算模型，實現(xiàn)作物冠層葉片全氮含量的估算。
2.如權利要求1所述的作物冠層葉片的全氮含量估算方法，其特征在于所述的步驟 S2中計算作物冠層的相對光譜反射率包括先對所述作物冠層光譜反射率曲線作平滑處理，然后用平滑后的作物冠層光譜反射率曲線中各個波長對應的光譜反射率除以平滑后的作物冠層光譜反射率曲線中所有波長對應的光譜反射率的均值的步驟。
3.如權利要求2所述的作物冠層葉片的全氮含量估算方法，其特征在于，所述的先對所述作物冠層光譜反射率曲線作平滑處理，然后用平滑后的作物冠層光譜反射率曲線中各個波長對應的光譜反射率除以平滑后的作物冠層光譜反射率曲線中所有波長對應的光譜反射率的均值，進一步包括設ρ i為波長為i的光譜反射率，Ri為平滑后的波長為i的光譜反射率，R' i為波長為i的相對光譜反射率，則Ri = (p i-2+ p i-1+ p i+P i+i+ P i+2) /5. ilk λR1=R1I —Σ R,。、k '=1 J
4.如權利要求1所述的作物冠層葉片的全氮含量估算方法，其特征在于，所述步驟S3 進一步包括將作物冠層的相對光譜反射率曲線中680nm 760nm與400nm 500nm兩個波段對應的兩段光譜曲線近似看成直線，以波長為自變量，以相對光譜反射率為因變量，進行線性擬合，將兩段曲線各自擬合的線性方程的斜率分別作為這兩段相對光譜反射率曲線的斜率。
5.如權利要求1所述的作物冠層葉片的全氮含量估算方法，其特征在于，所述的步驟 S4包括以680nm 760nm波段與400nm 500nm波段的相對光譜反射率曲線斜率的比值為自變量，以作物冠層葉片的全氮含量為因變量，建立作物冠層葉片的全氮含量的線性估算模型，將待測的作物冠層的相對光譜反射率曲線斜率比值輸入到該估算模型，實現(xiàn)作物冠層葉片全氮含量的估算。
6.如權利要求5所述的作物冠層葉片的全氮含量估算方法，其特征在于，所述建立作物冠層葉片的全氮含量的線性估算模型的方法為最小二乘法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種作物冠層葉片的全氮含量估算方法，涉及作物生化組分光譜無損檢測技術領域，所述方法包括步驟S1測定作物冠層包含400nm～760nm波段范圍的高光譜數(shù)據(jù)，計算作物冠層光譜反射率并得到其光譜反射率曲線；S2利用作物冠層光譜反射率計算作物冠層相對光譜反射率并得到其相對光譜反射率曲線；S3對作物冠層相對光譜反射率曲線中400nm～500nm與680nm～760nm兩個特征波段的相對光譜反射率曲線分別進行線性擬合，計算得到兩段相對光譜反射率曲線的斜率；S4利用680nm～760nm與400nm～500nm兩個特征波段相對光譜反射率曲線斜率的比值，建立作物冠層葉片全氮含量估算模型，實現(xiàn)作物冠層葉片全氮含量的估算。本發(fā)明能夠建立擴展性強、穩(wěn)定的作物氮素生化組分估算模型。
文檔編號G01N21/25GK102313699SQ20111013802
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權日2011年5月26日
發(fā)明者宋曉宇, 徐新剛, 李存軍, 楊小冬, 楊浩, 楊貴軍, 王紀華, 趙春江, 顧曉鶴, 黃文江 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術研究中心