高光譜成像技術(shù)可以同時(shí)獲取目標(biāo)的光譜特征和圖像特征，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。將光譜信息與圖像信息結(jié)合研究，可從多個(gè)角度較為直觀、精準(zhǔn)地對作物長勢的各項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測。健康葉片和病害葉片的圖像亮度、灰度均勾分布的情況均有較大差異。高光譜圖像的灰度值可作為監(jiān)測農(nóng)作物長勢的一項(xiàng)重要的參數(shù)。
小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，同時(shí)也在能源經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著不可或缺的地位。傳統(tǒng)長勢監(jiān)測手段取樣方法大多采具有破壞性，本文以小麥為研究對象，基于通過分析不同生育時(shí)期小麥冠層光譜圖像的灰度值，計(jì)算光譜植被指數(shù)，分別與小麥葉面積指數(shù)，地上部干物質(zhì)重，葉氮含量實(shí)測值擬合模型。
1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與儀器
1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
共設(shè)置N0、N1、N2、N3、N4五個(gè)氮素(氮肥為尿素)處理，分別施0、150、300、450、600kg/hm2 純氮，除氮素外還施用磷肥(P2O5)120.0 kg/hm2，鉀肥(K2O)105.0 kg/hm2，田間管理按照高產(chǎn)田的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于構(gòu)建監(jiān)測模型的構(gòu)建。
實(shí)驗(yàn)儀器為美國SOC公司生產(chǎn)的SOC710VP便攜式成像光譜儀，光譜范圍為400-1000nm，光譜分辨范圍1.3nm，波段數(shù)128-512可選，光譜儀總重量為2.95kg，該光譜儀能夠搭載實(shí)驗(yàn)臺和顯微鏡，在野外測量時(shí)配備有便攜式三腳架和搖臂。本實(shí)驗(yàn)于野外測量， SOC710VP成像光譜儀采用內(nèi)置推掃方式，避免了外置推掃的圖形畸變和操作的笨重性，可具有自動校正暗電流，可靈活設(shè)置積分時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。
2結(jié)果與分析
2.1小麥LAI的高光譜監(jiān)測模型
植被指數(shù)RVI、DVI、NDVI、EVI、SAVI擬合小麥LAI監(jiān)測模型較為準(zhǔn)確，基于圖光譜圖像灰度值計(jì)算植被指數(shù)GR(670 870)，GD(670 870)，GND(670 870)，GE(670 870)，GSA(670 870)。變化趨勢如下圖所示，植被指數(shù)均表現(xiàn)先升高后降低的趨勢，自返青期開始，植被指數(shù)逐漸增大，抽穗期附近有最大值;抽穗期過后開始逐漸減小，灌漿期有最小值。植被指數(shù)和灰度植被指數(shù)的變化特征和小麥LAI相似。
經(jīng)過對比和分析，GND與小麥LAI相關(guān)性系數(shù)最大，擬合模型決定系數(shù)最高，研究選擇GND為自變量，小麥LAI為因變量建立監(jiān)測模型y=1.885-15.68X+22.58x2 決定系數(shù)0.81 RMSE (%)=1.01。
2.2小麥地上部干物質(zhì)重高光譜監(jiān)測模型
灰度植被指數(shù)GR(560 810)，GD(560 810)，GND(560 810)的變化如下圖所示：植被指數(shù)在整個(gè)生育期內(nèi)呈先升高后降低的趨勢，抽穗期有最大值;灰度植被指數(shù)變化和植被指數(shù)一致，呈先升高后降低的趨勢，抽穗期有最大值。
經(jīng)過對比和分析，灰度植被指數(shù)中GND(660 760)與小麥地上部干物質(zhì)重的相關(guān)性最強(qiáng)，擬合模型決定系數(shù)最高，模型誤差較小。模型以GND(660 760)為自變量，小麥地上部干物質(zhì)重為因變量，最佳監(jiān)測模型 y=-0.236+2.63x+2.53x2決定系數(shù)0.78 RMSE (%)=0.5。
2.3 小麥葉氮含量的高光譜監(jiān)測模型
植被指數(shù)整個(gè)生育期內(nèi)呈先升高后降低的趨勢，RVI(550 680)、NDVI(550 680)、GRVI(560 680)抽穗期附近有最大值，DVI(550 680)開花期附近有最大值?；叶戎脖恢笖?shù)也呈先升高后降低的趨勢，GR(550 680)、GND(550 680)、GGR(550 680)開花期有最大值，GD(550 680)抽穗期有最大值。植被指數(shù)變化相對平緩，對比植被指數(shù)，灰度植被指數(shù)變化幅度較大，與葉氮含量的變化趨勢更為接近。
灰度植被指數(shù)中GND與小麥葉氮含量的相關(guān)性最強(qiáng)，擬合模型決定系數(shù)最高，模型誤差較小，適合建立小麥葉氮含量監(jiān)測模型。最終選擇GND(550 680)為自變量，小麥葉氮含量為因變量。建立監(jiān)測模型 y=38.716-2.41/x 決定系數(shù)0.723 RMSE (%)=5.7 。
