高光谱遥感技术用于作物苗情诊断和生化组分测试的研究

1.利用航空平台进行与作物生长的有关研究利用我国自主开发的航空高光谱成像仪PHI，AMTS为基础的航空高光谱遥感系统，对较大范围的农场进行了快速、高效、经济的水、肥（重点是氮）监测，提供了小麦、玉米等重点作物在重要生长期的田间管理决策信息依据，取得的研究成果分以下四个方面。

（1）利用线状地物特征进行几何初校正，然后根据地面控制点GCP、进行几何精校正，成功地实现了无稳定平台的PH1飞行图像的几何校正与镶嵌。引入矩匹配（moment matching）方法，对各种辐射误差在图像上的综合效应进行了辐射校正，不仅消除了由于大气、太阳角、传感器、地物双向反射特性产生的条带和“微笑”效果，而且还很好地恢复了传感器条带噪声内的光谐信息。

（2）利用QMIS图像的NDVI和温度信息，建立了土壤含水量的遥感模型，实现了在植被覆盖下的地块土壤含水量的遥感反演。

（3）利用PHI和OMIS机载传感器获取图像光谱特征，通过对叶片叶绿素、全氮、可溶性糖、含水量与光谱特征的统计分析，建立了基于图像光谱的生化参量遥感反演模型，进一步利用理化参量进行了作物长势分析。

（4）在高光谱病害监测的光谱特征研究方面取得突破，利用多时相的PHI高光谱图像数据，分析发现了病害对作物光谱的影响及诊断光谱特征，并利用高光谱飞行数据，设计了病害指数，成功地监测了条锈病病害程度与范围。

2.利用地面及高架车平台进行与作物生长的有关研究采用ASD地物光谱仪和CCD数码相机，对小麦全生育期冠层光谱动态与生化参量进行同步观测，并建立精细的模型，为遥感信息在精准农业中的应用奠定基础，为实现高效、经济的水、肥（重点是氮）监测和田间管理的决策信息提供依据。利用该种方法取得的研究成果分以下六个方面。

（1）分析了植被最典型的光谱特征，即红边光谱参数随生育期的变化关系。如红边位置在营养生长阶段会出现“红移”，红边光谱范围变窄。而当进入生殖生长阶段，叶片开始衰老，红边位置会出现“蓝移”，红边展宽。

（2）完成了叶绿素、全氮、可溶性糖、叶片及植株含水量、LAI与350～2500nm光谱反射率在各个生育期的统计相关分析，分析发现了各种生化组分在各个生育期的相关性较好的敏感波段。

（3）将各个生育期的生化组分及物理参量（叶绿素、全氮、可溶性糖、叶面积指数）与冠层光谱特征参量进行了统计相关分析，挑选最佳光谱参量，建立了各个生育期的生化组分的遥感模型。发现绿峰（560mm）特征、红边位置等是很好的色素组分反演参量；570mm和670nm两个波段的归一化光谱指数与叶片可溶性糖含量在各个生育期都有显著或极显著的统计负相关关系；560mm反射峰的归一化反射峰高度与茎秆可溶性糖在各个生育期都有显著或极显著的统计正相关系数。

（4）在冬小麦遥感估产方法方面，设计了更早、更可靠的产量预报光谱参量。近红外光谱反射率能够更好地反映作物叶面积指数及叶片或植株的健康状况，并能够很好地实现作物产量预报。研究表明利用近红外两个波段组合的归一化光谱指数，如[857nm，1210mm]、[890nm，980nm]、[820nm，1650nm]等，能够更早、更好地进行冬小麦估产，并以[857nm，1210nm]光谱指数为例，建立了冬小麦返青至乳熟期的遥感产量估算模型。

（5）在叶片或植株水分遥感反演方面。首先，发现在起身期至乳熟期，冠层光谱的红边形状（红边宽度），与植株含水量始终都有很好的统计负相关关系，并建立了基于冠层光谱的植株含水量遥感反演模型。其次，建立了基于1190mm水汽弱吸收特征的植株水分含量遥感反演模型。再次，发现利用植被绿峰波段的反射峰高度，能够很好地反演返青至灌浆期的叶片含水量。最后，发现植株含水量与740～900nm波段的光谱反射率在全生育期都有显著正相关特性，所以740～900nm波段是植株含水量的指示性波段。

（6）对冬小麦重要的碳氮代谢指标，即糖氮比，进行了深入研究，发现690nm处的反射峰面积、深度是糖氮比的指示性光谱参量。