基于光谱特征分析的苹果树叶片营养素预测模型构建

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作   者：

张瑶;  郑立华;  李民赞;  邓小蕾;  王诗丛;  张锋;  冀荣华; 

作者机构：

中国农业大学"现代精细农业系统集成研究"教育部重点实验室; 

关键词：

苹果树叶片;  光谱分析;  叶绿素;  精细农业;  氮素; 

期刊名称：

农业工程学报

基金项目：

基于光谱学和机器视觉原理的苹果树营养及长势监测诊断机理与方法研究

i s s n：

1002-6819

年卷期：

2013 年 29 卷 08 期

页   码：

171-178

摘   要：

该文旨在利用光谱分析技术建立高精度苹果叶片营养素预测模型,为苹果树的精细管理提供技术支持。在苹果树年度生长周期的坐果期、生理落果期和果实成熟期等重要物候期,采集了180个果树叶片样本并测量了果树叶片在可见光和近红外波段的反射光谱,同时在实验室采用化学方法获取了果树叶片的氮素以及叶绿素含量。对于聚类后样本,分别分析了果树叶片反射光谱以及经小波滤波后的反射光谱与叶绿素以及氮素之间的相关关系,而后利用偏最小二乘和支持向量机(SVM,support vector machine)方法分别建立了果树叶片叶绿素和氮素含量的回归模型。研究发现,随着生长阶段的推进,在可见光处的反射率逐渐升高,在近红外处的反射率逐渐降低,且基于小波滤波反射光谱的营养素SVM回归模型精度最高:建立的叶绿素回归模型,其测定系数R2达到0.9920,均方根误差RMSE为0.0039,验证精度R2达到0.9036,RMSE为0.1979;建立的氮素回归模型,其测定R2和验证R2也达到0.74以上,模型的回归RMSE为0.0554,验证RMSE为0.1215。结果表明,采用支持向量机回归模型可以精确估计果树叶片叶绿素含量,对氮素含量的估计精度也达到了实用化水平。