基于遙感技術(shù)的煙草花葉病監(jiān)測研究——以沂水縣為例.pdf

1、近年來高光譜遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)遙感也已涉及到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和高效農(nóng)業(yè)提供了先進(jìn)的方法和技術(shù)。煙草作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，是國民經(jīng)濟(jì)收入中的重要組成部分，而煙草花葉病是煙草生產(chǎn)中的主要病害之一，發(fā)病率高、危害性大的特點(diǎn)給煙農(nóng)帶來了巨大的損失。實(shí)時準(zhǔn)確的掌握煙草花葉病的病發(fā)情況，是煙草花葉病防治的重要途徑。研究利用地面高光譜結(jié)合高分辨率的遙感影像，建立煙草花葉病診斷模型和病害時空分布圖，以期實(shí)現(xiàn)煙草花葉病

2、的快速無損監(jiān)測。本文以山東省臨沂市沂水縣沂城、道托鎮(zhèn)的煙草為研究對象，于2014年6月-9月利用ASD Field Spec4便攜式地物波譜儀實(shí)測獲取煙草不同病害等級的葉片及冠層光譜數(shù)據(jù)，利用HSY-051葉綠素測定儀測定煙草的葉綠素相對值，室內(nèi)測定煙草葉片的水分含量。通過分析光譜數(shù)據(jù)的一階微分、植被指數(shù)以及各種位置變量、面積變量等與各生理生化指標(biāo)及病害等級的相關(guān)性，建立基于各指標(biāo)的病害估測模型。最后，結(jié)合資源三號衛(wèi)星影像對煙草花葉病的

3、病害嚴(yán)重度進(jìn)行了定性和定量的診斷和反演。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對不同病害等級的煙草原始光譜曲線進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)煙草受花葉病影響后，其光譜特征表現(xiàn)為在可見光波段（400-700nm）反射率上升，而在近紅外波段（700-1300nm）反射率明顯下降；分析不同病害等級的煙草光譜一階微分曲線，發(fā)現(xiàn)紅邊位置向藍(lán)光方向移動，并且隨著病害程度的加重，上述變化也越來越明顯。跟蹤記錄不同時期花葉病的相對反射率情況發(fā)現(xiàn)，花葉病會隨著生長期的

4、推進(jìn)而蔓延發(fā)展，并且，越到生長后期，病況蔓延越迅速。⑵將病情指數(shù)與葉綠素含量進(jìn)行相關(guān)分析，得出二者呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即隨著病害程度的加重，葉片葉綠素含量不斷減少，二者的關(guān)系可用y=-42.01x+42.223表示，R2達(dá)0.8675，說明我們可以通過估測煙草葉綠素含量來間接評估煙草病害程度。通過提取光譜數(shù)據(jù)的一階微分、植被指數(shù)以及各種位置變量、面積變量，利用以上三種光譜參數(shù)結(jié)合逐步回歸分析方法建立花葉病煙草葉綠素含量估測模型，結(jié)果顯示基

5、于位置和面積變量建立的葉綠素估測模型優(yōu)于以另外兩種參數(shù)所建模型；最佳估測模型分別為：y=109.658+21.208 SDr-SDb/SDr+SDb+115.622Rg-2.230SDr/SDb-65.138 SDr-SDy/SDr+SDy-161.06λr（R2=0.885）；檢驗精度達(dá)76.86％。⑶將病情指數(shù)與水分含量進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)病情指數(shù)與葉片水分含量之間的關(guān)系可用二次式y(tǒng)=-31.484x2+9.5045x+81.11表示

6、，且R2達(dá)0.712，表明我們也可以通過估算葉片水分含量來近似評估煙草花葉病病害等級。通過對原始光譜數(shù)據(jù)及其8種變換、3種光譜指數(shù)與水分含量的相關(guān)分析，得出花葉病煙草水分含量最佳估測模型是基于水分波段指數(shù)WBI建立的，最優(yōu)模型是Y=-2.5236-0.7472X1+1.5293X2-2.8204X3+8.7505 X4-5.4376X5+1.7175X6其中 X1-X6的數(shù)值分別為 R2298/R2333、R2299/R2333、R23

7、21/R2344、R2322/R234、R2322/R2346、R2322/R2348六個水分波段指數(shù)，其決定系數(shù)為0.7716。經(jīng)驗證，該模型實(shí)測值與估測值的相關(guān)系數(shù)為0.8784，決定系數(shù)為0.7742。⑷根據(jù)2014年在沂水煙田實(shí)測的各級花葉病煙草的冠層高光譜數(shù)據(jù)，計算與病情嚴(yán)重度相關(guān)的11個常用植被指數(shù)，并與花葉病病情指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)合變量投影重要性原則（VIP），選出最佳病情指示變量并利用偏最小二乘法建立病情嚴(yán)重度估測模型

8、。同時對高分辨率的資源三號衛(wèi)星影像進(jìn)行處理，利用所建模型和衛(wèi)星影像實(shí)現(xiàn)病害嚴(yán)重度的空間分布監(jiān)測。研究結(jié)果表明：以比值植被指數(shù)(RVI)，差值植被指數(shù)(DVI)，再歸一化植被指數(shù)(RDVI)，變換植被指數(shù)(TVI)，土壤可調(diào)植被指數(shù)(SAVI)作為煙草花葉病病情的指示因子，能有效的估測花葉病的嚴(yán)重程度，決定系數(shù)達(dá)0.8165。將所建模型用于遙感影像，得出煙草花葉病病害等級分布圖，為驗證病害遙感監(jiān)測精度，在實(shí)地隨機(jī)抽取140個樣點(diǎn)進(jìn)行病害調(diào)