收稿日期:2006-06-25;修订日期:2006-10-30
基金项目:国家“863”计划(2002AA30010、2002AA24305)资助。
作者简介:卢艳丽(1976-)女,博士后,研究方向为农田信息采集与利用。
冬小麦冠层光谱红边参数的变化及其与
氮素含量的相关分析
卢艳丽1,2
,李少昆1
,白由路2
,谢瑞芝1
,宫永梅
2
(1.中国农业科学院作物科学研究所,北京 100081;2.中国农业科学院农业资源与区划研究所,北京 100081)
摘要:通过对不同氮肥条件下的小麦植株由上而下进行器官疏剪,分析了不同处理下冠层光谱反射率及其红边参数的变化。结果表明,冠层光谱反射率因不同肥力、不同疏剪处理而有较大的差异,表现出不同程度的红边的“红移”和“蓝移”现象。各处理的红边曲线形状均出现双峰现象,表现为第二个峰值高于第一个峰值,并且均为N 1>N 2>N 0。相关分析表明,随着由上而下的疏剪处理,不同叶位叶片光谱反射率对冠层光谱的贡献增加,并且其红边参数与相应的叶片全氮含量的相关系数也增加,部分达到显著或极显著相关水平。该结果为利用下部缺素敏感叶片的光谱特征进行小麦养分的及时补充提供了可靠的理论依据。
关 键 词:小麦;氮素;光谱反射率;红边参数
中图分类号:TP 79 文献标识码:A 文章编号:1004-0323(2007)01-0001-07
1 引 言
植物冠层叶片氮素空间分布不仅反映作物的氮素供应状况,同时反映了不同叶位叶片以及不同器官吸收光的梯度变化
[1,2]
。Vouillot 和Devienne-
Barret [3]指出,在氮素缺乏时,小麦顶部叶片总是利用从下部茎叶中转移来的氮素。在冠层发展过程中,叶片氮素容易形成垂直梯度,冠层顶部未遮荫的叶片往往比冠层底部被遮叶片具有较高的含氮量[4,5]。研究表明,监测氮素在植株不同层次间的分布及其变化状况可以做到对其及时的水肥控制,进而提高作物产量和品质[6,7]。高光谱遥感技术以其超多波段信息使得对作物空间信息遥感在光谱维上展开,其精细的光谱信息为作物理化参数的估计提供了一种快速、定量化的技术手段。然而,由于冠层有一定“厚度”,而冠层内不同“深度”的信息对冠层混合光谱的
贡献率不同[8]。Dreccer [9]
等研究认为,冠层氮素垂直
分布是为了适应冠层光分布梯度而获得最大光合的结果。Shiraiw a [1]等研究指出,在大豆叶片尚未展开时,LAI 在1.5～2.0范围内的顶部含氮量比较均
一,下层叶含氮量随累积LAI 线性降低。王秀珍[10]等以水稻为材料,研究指出,随着叶位的下移,叶片叶绿素含量与冠层光谱特征变量之间的相关性明显减弱。而下部叶片却是对作物缺素反应最敏感的部位。因此,探讨不同层次小麦叶片氮素与冠层光谱的相关性,对冠层混合光谱的分解以及了解不同层次氮素对冠层光谱的贡献具有重要的作用,进而可以实现对小麦及时的氮肥控制。
2 材料与方法
1.1 试验设计
试验于2003～2004年在中国农业科学院作物所中圃场(39°57′55″N ,116°19′46″E )进行,供试地块土壤为潮土,0～20cm 土层内养分含量为:有机质
含量1.36%,碱解氮62.6mg /kg ,有效磷46.5mg /kg,速效钾139.4mg/kg 。小区面积均为12m 2
(长6m ,宽2m ),种植密度均为300万株/hm 2
。常规管理。
供试品种为中优9507(ZY9507)。3个肥力水平,即每亩施氮肥(尿素)0kg 、30kg 、60kg ,分别用
第22卷 第1期2007年2月
遥 感 技 术 与 应 用
REM OT E S ENSING TE CHNOLOGY AND APPLICATION
V ol .22 N o .1Feb .2007
N 0、N 1、N 2表示。2.2 测定项目与方法
2.2.1 光谱反射率的测定
采用美国ASD Fieldspc FR 2500光谱仪(光谱范围为350～2500nm ,光谱分辨率在350～1000nm 区间为3nm,1000～2500nm 区间为10nm )。所有光谱测量是在天气晴朗、无风或风速很小时测量的,时间范围为上午10:00～14:00。视场角25°,距冠层50cm 处测定。各处理测定前后,进行参考板校正。
(1)不同疏剪处理光谱反射率的测定
在不同氮肥处理的试验田块,选择1m ×1m 面积上生长均匀一致的小麦植株,逐步进行去穗、去旗叶、去倒二叶、(去倒三叶)、去掉所有剩余的枯黄叶以及剪掉茎秆,每做一次处理都要按照上面所述的方法进行光谱测定。具体步骤如下:第一步,对1m ×1m 面积上的植株冠层(定义为冠层0)进行测定,获得冠层光谱反射率(记为R )。第二步,测定剪掉该面积上的所有穗后的冠层(定义为冠层1),获得去掉穗层的冠层光谱反射率(记为R E ),同时进行剪掉单穗的光谱反射率的测定,获得穗的光谱反射率(记为R e )。第三步,剪掉所有植株的旗叶并进行光谱的测定,获得去掉穗、旗叶的冠层(冠层2)光谱反射率(记为R A ),同时测定旗叶的单叶光谱反射率(记为R a )。第四步,去掉倒二叶获得穗、旗叶和倒二叶都去掉的小麦植株的冠层(冠层3)光谱反射率(记为R B ),同时测定倒二叶的单叶光谱反射率(记为R b )。以此类推,获得去掉穗、旗叶、倒二叶和倒三叶的小麦植株的冠层(冠层4)光谱反射率(记为R C )。然后将所有剩余枯黄叶都去掉获得茎秆的冠层(冠层5)光谱反射率(记为R D ),以及茎秆的光谱反射率(R d )。最后测定没有植被覆盖的土壤的光谱反射率(记为R s )。
其中,单穗以及单叶的光谱反射率测定方法如下:将穗(叶)剪下平铺在黑布上,采用5°视场角,对每个穗(叶)测定上、中、下3段取其平均值,每次测定10～20个穗(叶),为使穗(叶)充满视场,测量时探头尽量靠近穗(叶)。最后取平均作为单穗(叶)光谱反射率值。光谱反射率均经过专用参考板标准化,各处理测定前、后立即进行参考板校正。
(2)红边参数的计算
包括红边位置、红谷位置、红边高斯模型宽度和
350～2500nm 波段范围内的光谱一阶导数最大值。
为了简化、定量分析红边特性,采用倒高斯模型模拟小麦红边特性(M iller 等,1990)[11]。倒高斯模型能够很好地模拟植被地物在670～780nm 处的反射率光谱,其定义如下:
R ( )=R s -(R S -R 0)exp
-( 0- )2
2 2
(1) p = 0+
(2)
利用R 0(670～680nm 范围光谱反射率的平均值)
和R s (780～795nm 光谱范围的反射率均值)两个参数,对小麦作物红边处的反射率光谱进行对数变换,即:
B ( )=-ln R s -R ( )
R s -R 0
1
2
(3)
其中:R s 是红肩处的光谱反射率,R 0是叶绿素吸收谷的光谱反射率, 0是叶绿素吸收红谷的光谱位置, p 是红边光谱位置, 是倒高斯模型的方差项,也是植被地物光谱红边光谱位置与红谷光谱位置之差,对应的是红边吸收谷的宽度。B ( )为小麦红边反射率光谱对数变换后的取值,对B ( )和 进行线性拟合,可以得到斜率a 1和截距a 0,则:
0=-a 0
a 1(4) =
12a 1
(5)
另外,对于每一个红边光谱曲线,它与倒高斯模型的拟合都有一个复相关系数R 2。2.2.2 不同处理氮素含量的测定
将每次剪下的穗、不同叶位的叶片以及茎鞘测定完光谱后立即放入保鲜袋中带回室内,烘干后磨碎进行全氮含量的测定。全氮测定采用B -339型凯氏定氮仪测定籽粒氮素含量。
3 结果与分析
3.1 不同疏剪处理条件下小麦光谱反射率比较
本试验中,不同处理下冠层光谱反射率具有较大的差异。不作任何处理时,测定的冠层光谱是包括穗、叶片、茎鞘以及土壤等的混合光谱,并且以穗对冠层光谱的贡献占主导地位;去掉穗层后,测定的冠层光谱是包括叶片、茎鞘和土壤的混合光谱,并且以旗叶对冠层光谱的贡献占主导地位;去掉旗叶后,测定的冠层光谱是包括叶片(除了旗叶以外)、茎鞘和土壤的混合光谱,以倒二叶对冠层光谱的贡献占主
2 遥 感 技 术 与 应 用 第22卷
导地位;当所有剩余叶都去掉时测定的冠层光谱反射率是茎秆和土壤的混合光谱。因此,由上而下逐渐去除的方法,使得下部叶位叶片对冠层光谱的贡献依次占主导地位,可以更好理解下部叶位叶片与冠层光谱反射率的关系。在三种肥力条件下,各剪除处理后的冠层光谱反射率在近红外区的基本趋势为: N0(图1)和N2(图3)处理均以未处理的冠层光谱反射率R最高。并且,N0和N2各处理在近红外波段冠层光谱反射率均在0.3以下。而N1(图2)处理在近红外波段具有较高的光谱反射率,并且其去穗后的冠层光谱反射率(R E)高于去掉穗和旗叶后的冠层光谱反射率(R A)高于冠层光谱反射率(R)。这与氮肥不足或过量的条件胁迫下叶片衰老较快有关。适量的氮肥,植株营养分配比较平衡,上部两片功能叶衰老延缓,仍具有较强的光合能力,因此具有较高的光谱反射率。另外,随着叶片的逐层去除,其冠层光谱反射率在近红外区的光谱反射率逐渐降低,这除了与下部叶片逐渐衰老变黄有关,
同时与冠
图1 N0条件下冬小麦不同疏剪处理冠层
光谱反射率比较
Fig.1 C omparison of canopy spectral ref lectance in
dif ferent removing treatments of winter
wheat at N0
level
图2 N1条件下冬小麦不同疏剪处理冠层
光谱反射率比较
Fig.2 Comparison of canopy spectral refl ectance in
diff erent removing treatments of winter
wheat at N1
level
图3 N2条件下冬小麦不同疏剪处理冠层
光谱反射率比较
Fig.3 C omparison of canopy spectral ref lectance in
dif ferent removing treatments of winter
wheat at N2level
层郁闭度减小、土壤背景干扰增加有关。
3.2 不同肥力条件下不同疏剪处理小麦红边参数
的变化
本研究结果(表1)表明:相同处理下,红边位
置、红谷位置随着施氮量的增加呈递增趋势;红边吸
收峰宽度以及每条光谱曲线与倒高斯模型的复相关
系数R2随施氮量的增加呈现递减趋势;而一阶导数
最大值则表现为N1>N2>N0。N0条件下,随着穗、
旗叶和倒二叶的去除,红边位置和红谷位置的波长
增加,即表现为“红边”向长波方向移动的现象。而随
着倒三叶以及所有剩余叶的去除,红边位置和红谷
位置的波长略有增加,即表现为“红边”略向短波方
向移动。这与植株随着叶位降低,叶片衰老严重有
关。另外,去掉旗叶以前,冠层反射光谱的红边吸收
峰宽度变化很小,而去掉倒二叶、倒三叶的处理后显
著增加。一阶导数最大值随着由上而下去除穗(叶)
逐渐减小。N1和N2两种肥力条件下,去穗后的冠
层1与冠层0相比具有轻微的“红移”现象,红边宽
度减小;冠层和去穗处理与去旗叶、倒二叶和倒三叶
处理的反射光谱红边位置差异较大。N1的去旗叶、
倒二叶、倒三叶之间红边位置差异很小,但是红边宽
度差异较大并且呈递增趋势,一阶导数最大值以去
穗的处理最大,以后依次降低。N2条件下,随着旗
叶、倒二叶、倒三叶的逐步去除,红边位置波长增加,
并且红边宽度具有较大的波动,表现为先增加后降
低,一阶导数最大值随着由上而下去穗以及不同叶
位去叶处理呈现递减趋势。三种肥力水平各处理的
R2与红边宽度的变化趋势相似。
3.3 不同肥力条件下不同疏剪处理红边峰值形状
的变化
由图4可见,红边峰值的高低随不同疏剪处理
3
第1期 卢艳丽等:冬小麦冠层光谱红边参数的变化及其与氮素含量的相关分析
表1 冬小麦不同疏剪处理冠层光谱红边参数的变化
Table 1 The canopy spectral red edge parameters in dif ferent removing treatments of winter wheat
处理
红边位置红谷位置红边宽度拟合的R 2一阶导数最大值
N0
冠层0711.4679.132.30.99790.0042冠层1710.9678.732.20.99850.0041冠层2709.8676.932.90.99910.0036冠层3710.3673.736.60.99920.0021冠层4710.9673.737.20.99920.0018冠层5709.9674.935.00.99880.0017
N1
冠层0716.1684.032.10.99310.0053冠层1716.5686.030.50.99300.0062冠层2714.5683.031.50.99540.0054冠层3714.2677.436.80.99700.0028冠层4714.6677.237.40.99750.0022冠层5713.8678.635.20.99750.0020N2
冠层0716.7685.431.30.99260.0052冠层1717.7687.030.60.99170.0051冠层2715.7683.232.50.99500.0039冠层3716.5678.837.70.99600.0016冠层4717.2680.836.30.99580.0019冠层5715.7680.934.80.99630.0016N0
单穗706.2662.843.40.98680.0078旗叶714.9675.939.00.99760.0083倒二叶705.6677.028.60.99820.0109茎鞘719.1676.742.40.99340.0086N1
单穗712.6671.341.30.99640.0064旗叶719.2682.137.00.99950.0096倒二叶718.0678.739.30.99880.0084茎鞘710.7681.229.50.99580.0108N 2
单穗713.2673.439.70.99840.0091旗叶720.9684.236.70.99890.0097倒二叶718.5680.837.70.99950.0085茎鞘
709.7
676.2
33.5
0.999
3
0.008
图4 冬小麦不同肥力水平各疏剪处理后冠层红边峰值的变化
Fig .4 The change of canopy spectral red edge peak after removing in winter wheat at dif f erent N level s
4 遥 感 技 术 与 应 用 第22卷
图5 冬小麦不同肥力条件下穗、叶和茎鞘红边峰值的变化
Fig .5 The change of canopy spectral red edge peak in ears leaves and stems of winter wheat at dif ferent N level s
而呈现不同的变化状态,即测定值随着冠层0,1,2,3,4,5呈现低、高、低的变化,去穗后的冠层1峰值达最高,以后依次降低。不同肥力水平红边峰值的高低也具有明显差异。所有处理的红边形状均出现双峰现象,第二个峰值高于前一个峰值,并且均表现为N1>N2>N0。剪下的穗、叶和茎鞘的红边峰值形状的变化也因不同肥力水平而有差异(图5),其曲线形状表现出3个峰值,并且高低不同,这种现象可能与采用的方法有关,其原因还有待于进一步研究。单穗的测定以第一个峰值最高,表现为N2>N0>N1,后面的两个峰值表现为N2>N1>N0;而单叶峰值变化因不同肥力水平、不同叶位而异;茎鞘表现为中间的峰值最高,并且N 1>N 2>N 0。
2.4 不同器官小麦全氮含量与对应反射光谱红边
参数的相关分析表2～4分别是穗、叶(不同叶位)和茎鞘的含氮量与其具有较强相关可能性的反射光谱的5个红边参数的相关系数。以旗叶的含氮量为例,则与旗叶含氮量具有较强相关可能性的光谱有冠层0、去掉穗层后的冠层1以及旗叶(单叶)的光谱。由表2可见,基于单穗光谱的一阶导数最大值与穗全氮含量达到了显著相关水平。旗叶是仅低于穗层的冠层顶部的叶片,对冠层光谱具有较大贡献。冠层0光谱、冠层
1光谱以及旗叶光谱的红边参数即红边位置、红谷位置以及红边宽度与旗叶全氮含量均达到显著相关水平。基于旗叶光谱的红谷位置、红边吸收峰宽度和R 2与旗叶全氮含量的相关程度高于基于冠层0和冠层1光谱相对应的红边参数与旗叶含氮量的相关
性(表3)。同样道理,去掉穗和旗叶以后,倒二叶成为冠层中第一层叶片。因此,相对于冠层0光谱反射率而言,其光谱反射率红边参数与倒二叶含氮量的相关性增强。冠层0和冠层2的光谱红边参数即红边位置、红谷位置与倒二叶全氮含量均达到显著相关水平。基于倒二叶红边光谱曲线与倒高斯模型的拟合复相关系数R 2
与倒二叶含氮量相关达显著水平(表4)。相关分析结果表明,植株的不同器官以及不同叶位的叶片对冠层光谱都有不同程度的贡献,去掉冠层顶部的穗层后的冠层光谱红边参数与旗叶全氮含量相关性增强;当旗叶也去掉时,测得的冠层光谱与倒二叶全氮含量相关性增强,而穗全氮含量与单穗光谱反射率的一阶导数最大值呈显著负相关,旗叶全氮含量与旗叶光谱红边和红谷位置、红边宽度以及R 2呈显著或极显著相关。而倒二叶全氮含量与R 2呈显著相关性。另外,由表2还可以看出,下部叶片对冠层光谱的贡献是不可忽视的,去掉上部遮挡的叶片和穗后,其与冠层红边特征参数相关
表2 穗全氮含量与冠层光谱、穗光谱红边参数的相关分析
Table 2 C orrelation analysis between N content of ear and spectral red edge parameters of canopy and ear
穗全氮含量红边位置红谷位置红边宽度拟合的R 2一阶导数最大值冠层0
-0.349-0.3770.353-0.382 -0.077
5
第1期 卢艳丽等:冬小麦冠层光谱红边参数的变化及其与氮素含量的相关分析
表3 旗叶全氮含量与冠层光谱、旗叶光谱和去穗后冠层光谱特征参量的相关分析Table3 Correlation anal ysis between N content of fl ag leaf and spectral red edge parameters of
canopy,flag leaf and canopy af ter ear removed
旗叶全氮含量红边位置红谷位置红边宽度拟合的R2一阶导数最大值冠层00.933**0.911*-0.833* 0.395 0.509
冠层10.969**0.943**-0.860* 0.209 0.782
旗叶0.891*0.961**-0.913* 0.868* 0.201
表4 倒二叶全氮含量与冠层光谱、倒二叶光谱和去掉穗和旗叶后的冠层光谱特征参量的相关分析Table4 Correlation anal ysis between N content of the second upper leaf and spectral red edge parameters of canopy,the second upper leaf and canopy af ter ear and f lag leaf removed 倒二叶含氮量红边位置红谷位置红边宽度拟合的R2一阶导数最大值冠层0 0.887* 0.863* -0.786 0.328 0.541
冠层20.925**0.873*-0.7410.3660.673
倒二叶-0.0010.585-0.3600.819*-0.568
性增强。
4 结语
本文对不同处理下冠层光谱反射率及其红边参数的特征进行了比较,同时对穗、叶片以及茎鞘与其对应的冠层光谱红边参数进行了相关分析。结果表明: 冠层光谱反射率因不同肥力、不同疏剪处理而有较大的差异。N0和N2肥力条件下,均以冠层0光谱反射率最高,在近红外波段各冠层光谱反射率均在0.3以下。而N1条件下,冠层1的光谱反射率(R E)高于冠层2的冠层光谱反射率(R A)高于冠层0的光谱反射率(R)。这是因为适量的氮肥,植株营养分配比较平衡,上部两片功能叶衰老延缓,因此具有较高的光谱反射率。 不同肥力水平、不同冠层的光谱反射率差异在“红边”表现明显并且具有规律性。即表现为随着氮肥的胁迫和叶龄的增加,“红边”略向短波方向移动,红边吸收峰宽度也有不同程度减小。从不同处理冠层红边光谱反射率一阶微分变化曲线可以看出,各处理的红边形状均出现双峰现象,第二个峰值高于第一个峰值,并且均表现为N1 >N2>N0。剪下的单穗、单叶和茎鞘的红边峰值形状的变化也因不同肥力水平而有差异,其曲线形状表现出3个峰值,并且高低不同,其原因还有待于进一步研究。!相关分析表明,随着不同叶位叶片对冠层贡献的增加,其全氮含量与冠层光谱反射率及部分红边参数的相关系数也增加。
冠层氮素垂直梯度可以看作是叶片对光分布梯度适应的结果[12]。作物缺氮的显著特征是植株下部叶片首先褪绿黄化,然后逐渐向上部叶片扩展[13]。在缺肥初期即轻度氮素胁迫时,下层叶片因缺氮而引起早衰;在持续缺肥即中度胁迫时,中、下层叶片均明显衰老,但此时上层叶片很少发生变化。遥感获取的冠层反射光谱信息中,上层叶片的光谱贡献率占主要地位。然而,上层叶片发生缺素症状的时候往往已经是植株严重缺氮,此时再补充养分已经为时过晚。而下层信息由于上部的遮挡很难从冠层光谱信息中提取出来。因此,通过不同层次叶片的疏剪来探索其不同状态下的冠层光谱反射特征有利于挖掘冠层不同深度的信息。同时,分析不同叶位叶片含氮量与光谱反射率的关系对于利用高光谱遥感定量描述小麦氮素状况具有现实意义。需要进一步研究的是将不同层次冠层光谱的贡献定量化,建立中下部叶片含氮量的预测模型,进而做到对小麦或其它作物及时的补氮控制。同时,使模型在不同类型品种中进行验证和修正。
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Spectral Red Edge Parametric Variation and Correlation
Analysis with N Content in Winter Wheat
LU Yan -li 1,2,LI Shao -kun 1,BA I You -lu 2,XIE Rui -zhi 1,GONG Yong -mei
2
(1.Institute of Crop Sciences ,Chinese Academy of A gricultur al Sciences ,Beij ing 100081,China ;
2.Institute of Agricultur al Resources and Regional Planning ,Chinese A cademy of
Agricultural Sciences ,Beij ing 100081,China )
Abstract :Canopy spectral reflectance and red edge parameters w ere compared in different nitrogen fertilizer levels and different removing treatments in this study.It w as also analyzed about the correlation betw een nitrog en content of ear,leaf,stem and their corresponding red edg e parameters.The results indicated that canopy spectral reflectance changed w ith different treatments and nitrog en levels .In addition ,it show ed that red edge position m oving to the long er or shorter wavelength in different degree,which not only reflected that senescence became more and more serious w ith the leaf position descended,but also show ed that disturbance of soil backg round increased w ith the vegetation coverag e decreased .The first derivative curve of red edg e reflectance had two peaks ,and the latter peak showed hig her than the former one .Furtherm ore ,their first derivative of reflectance showed N1>N2>N0.The correlation betw een leaf nitrogen content of different leaf position and red edg e param eters increased w ith their contribution to canopy increasing ,and som e of them were in significant levels .The red edge peak shapes of ears ,leaves and stem s removed from plants w ere different for their different nitrog en fertilizer levels.Besides,their first derivativ e curve of red edge reflectance had three peaks,w hich w as needed to further study.The results can help to understand the contribution of nitrogen content in different organs or leaf position to canopy spectra ,and be favor to fertilizing in tim es using the low er leaf w ho had more sensitive to nutrient deficiency .
Keywords :Wheat,Nitrogen,Spectral reflectance,Red param eters
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第1期 卢艳丽等:冬小麦冠层光谱红边参数的变化及其与氮素含量的相关分析
光谱分析方法
第一章绪论 一、填空题 1仪器分析方法分为（）、（）、色谱法、质谱法、电泳法、热分析法和放射化学分析法。 2 光学分析法一般可分为（）、（）。 3仪器分析的分离分析法主要包括（）、（）、（）。 4仪器分析较化学分析的优点（）、（）、操作简便分析速度快。 答案 1光学分析法、电化学分析法 2光谱法、非光谱法 3色谱法、质谱法、电泳法 4灵敏度高检出限低、选择性好 第二章光学分析法导论 一、选择题 1 电磁辐射的粒子性主要表现在哪些方面（）A能量B频率C波长D波数
2 当辐射从一种介质传播到另一种介质时，下列哪种参量不变（） A波长B速度C频率D方向 3 电磁辐射的二象性是指: A．电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成；B．电磁辐射具有波动性和电磁性； C．电磁辐射具有微粒性和光电效应；D．电磁辐射具有波动性和粒子性 4 可见区、紫外区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为：A．紫外区和无线电波区；B．可见光区和无线电波区； C．紫外区和红外区；D．波数越大。 5 有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的 A．能量越大；B．频率越高；C．波长越长；D．波数越大。 6 波长为0.0100nm的电磁辐射的能量是多少eV？ A．0.124；B．12.4eV；C．124eV；D．1240 eV。 7 受激物质从高能态回到低能态时，如果以光辐
射形式辐射多余的能量，这种现象称为（）A光的吸收B光的发射C光的散射D 光的衍射 8 利用光栅的（）作用，可以进行色散分光A散射B衍射和干涉C折射D发射9 棱镜是利用其（）来分光的 A散射作用B衍射作用C折射作用D 旋光作用 10 光谱分析仪通常由以下（）四个基本部分组成 A光源、样品池、检测器、计算机 B信息发生系统、色散系统、检测系统、信息处理系统 C激发源、样品池、光电二级管、显示系统 D光源、棱镜、光栅、光电池 二、填空题 1. 不同波长的光具有不同的能量，波长越长，频率、波数越（），能量越（），反之，波长越短，能量越（）。 2. 在光谱分析中，常常采用色散元件获得（）来作为分析手段。 3. 物质对光的折射率随着光的频率变化而变
第40卷第8期 地球科学 中国地质大学学报V o l .40 N o.8 2015年8月 E a r t hS c i e n c e J o u r n a l o fC h i n aU n i v e r s i t y o fG e o s c i e n c e s A u g . 2015d o i :10.3799/d q k x .2015.130基金项目:国家科技支撑计划课题项目(N o .2012B A H 27B 04). 作者简介:韦晶(1991-),男,硕士,主要从事定量遥感方面研究.E -m a i l :w e i j i n g _r s @163.c o m *通讯作者:明艳芳,E -m a i l :m y f 414@163.c o m 引用格式:韦晶,明艳芳,刘福江,2015.基于光谱特征参数组合的高光谱数据矿物填图方法.地球科学 中国地质大学学报,40(8):1432-1440. 基于光谱特征参数组合的高光谱数据矿物填图方法 韦 晶1,明艳芳1*,刘福江2 1.山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590 2.中国地质大学信息工程学院,湖北武汉430074 摘要:受大气环境等因素的影响,高光谱遥感矿物识别难以达到较高的精度.为解决该问题,根据光谱吸收特征参数在大气变化中能保持相对稳定的特点,提出一种基于光谱特征参数组合的高光谱矿物类型识别方法.文中计算了多种光谱特征参数,通过最佳指数因子(o p t i m u mi n d e x f a c t o r ,O I F )优选特征参数组合,选定最佳特征参数组合,利用模式识别方法实现矿物识别.利用机载可见/红外成像光谱仪(a i r b o r n e v i s i b l e i n f r a r e d i m a g i n g s p e c t r o m e t e r ,A V I R I S )高光谱数据,在美国内华达州C u p r i t e 矿区进行了该方法的应用试验研究,并与前人矿物填图结果做了对比.结果表明:吸收波谷位置-吸收面积-吸收右肩位置(P -A -S 2) 光谱特征参数组合的矿物识别效果最优,整体精度达到74.68%.关键词:光谱吸收特征参数;遥感;矿物填图;机载可见/红外成像光谱仪数据;最佳指数因子;C u p r i t e 矿区.中图分类号:P 575.4;P 237 文章编号:1000-2383(2015)08-1432-09 收稿日期:2015-04-02 H y p e r s p e c t r a lM i n e r a lM a p p i n g M e t h o dB a s e do n S p e c t r a l C h a r a c t e r i s t i cP a r a m e t e rC o m b i n a t i o n W e i J i n g 1,M i n g Y a n f a n g 1*,L i uF u j i a n g 2 1.C o l l e g e o f G e o m a t i c s ,S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,Q i n g d a o 266590,C h i n a 2.F a c u l t y o f I n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ,C h i n aU n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s ,W u h a n 430074,C h i n a A b s t r a c t :I n f l u e n c e db y t h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n ta n do t h e rf a c t o r s ,t h e m i n e r a l r e c o g n i t i o n w i t h h y p e r s p e c t r a lr e m o t e s e n s i n g i s d i f f i c u l t t o a c h i e v e a h i g h a c c u r a c y .T o i m p r o v e t h e a c c u r a c y o f t h em i n e r a l i d e n t i f i c a t i o nw i t h s u c h t e c h n o l o g y ,a h y -p e r s p e c t r a lm i n e r a l r e c o g n i t i o nm e t h o db a s e do ns p e c t r a l c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r c o m b i n a t i o n ,w h i c hc a n m a i n t a i nr e l a t i v e l y s t a b l e c h a r a c t e r i s t i c sw i t ht h ea t m o s p h e r i cc h a n g e s ,i s p r o p o s e d i nt h i s p a p e r .V a r i o u ss p e c t r a l c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r sa r e c a l c u l a t e d ,a n dt h eo p t i m a l c o m b i n a t i o no f t h e p a r a m e t e r s i ss e l e c t e dt h r o u g ht h eo p t i m u mi n d e xf a c t o r (O I F ),b a s e do n w h i c h ,m i n e r a l i d e n t i f i c a t i o n i s r e a l i z e dw i t h p a t t e r n r e c o g n i t i o nm e t h o d .B a s e do n t h e a b o v em e t h o d ,m i n e r a l t y p e i d e n t i f i c a -t i o n t e s t i s c a r r i e do u t i nC u p r i t em i n e o fN e v a d a ,w i t h a i r b o r n e v i s i b l e i n f r a r e d i m a g i n g s p e c t r o m e t e r (A V I R I S )h y p e r s p e c t r a l d a t a .T h e r e s u l t s a r e c o m p a r e dw i t h t h ew o r ko f p r e v i o u sm i n e r a lm a p p i n g ,i t s h o w s t h a t t h e c o m b i n a t i o n o f t h e s p e c t r a l c h a r -a c t e r i s t i c p a r a m e t e r s ,P -A -S 2(P i s a b s o r p t i o nw a v e t r o u g h p o s i t i o n ,Ai s a b s o r p t i o n a r e a ,S 2i s a b s o r p t i o n r i g h t s h o u l d e r p o s i -t i o n )c a n g e t t h eh i g h e s t i d e n t i f i c a t i o n p r e c i s i o n ,t h e o v e r a l l a c c u r a c y c a n r e a c h74.68%.K e y w o r d s :s p e c t r a l c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r ;r e m o t e s e n s i n g ;m i n e r a lm a p p i n g ;a i r b o r n e v i s i b l e i n f r a r e d i m a g i n g s p e c t r o m e t e r d a t a ;o p t i m u mi n d e x f a c t o r (O I F );C u p r i t em i n i n g a r e a . 利用遥感手段可以从广域空间尺度二 多时相尺度下实现矿物信息的快速识别,缩短矿物填图时间,提高效率.高光谱遥感由于具有波段连续二波谱分辨 率高的特点可以在矿物类型识别中发挥重要作用,且已经在局部区域矿物填图等工作中得到广泛的应用(甘甫平和王润生,2007;王润生等,2010). 然而由
实验1 可见光与近红外波谱测试 1.1实习概述 按照国家光谱数据库数据测试参考标准选择典型进行地物反射、发射光谱测试。根据所测的光谱曲线特征选择最佳遥感波段和最佳遥感时间。 1.2实习目的 ①掌握地物反射、发射光谱特性的基本概念，特点； ②掌握典型地物光谱的测试方法和实验数据分析处理的基本流程和方法； ③分析影响地物波谱特性测定的因素；了解地物表面不同几何状况、含水状况、 风化状况、粗糙程度对反射、发射光谱的影响；了解多种地物光谱随时间变化的特征与规律；了解入射和观测角度变化对地物光谱的影响。 ④培养学生理论联系实际及知识的综合运用能力，为后续专业课程学习创造条 件。 1.3实习任务 测量试验区的植被、水、土壤、道路的光谱特性。要求测定不同植被、水、土壤、道路的波谱特性曲线，即每类地物至少选择5个小类（或样本）。 ①清水、营养化水、污染水反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ②不同覆盖度、不同长势植被覆盖反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ③城乡非自然目标反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ④土壤反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ⑤岩石反射光谱、发射光谱测试与特征分析。 要求：上述5个实验根据具体情况必作2个，选作1个。
1.4设备（软件）及资料准备 1.4.1 实习设备及软件 测定地物反射光谱特性的仪器是可见光、近红外光谱仪。仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记录器组成。测定地物发射光谱特性的仪器是热红外波谱仪、热红外辐射计。 1.4.2 实习前准备工作 1.4. 2.1 光谱测试仪器的标定 测量仪器在采集数据前必须通过指定的定标实验室的定标检测，检验仪器的工作性能。仪器的定标在室定标和实验场地现场定标，并在提交数据时附上相应测量仪器的定标报告。若对同一种典型地物（农作物、岩矿、水体等）的相同观测项目采用不同型号的测量仪器，则必须在观测实验前到指定的实验室或实验场进行统一校准和比对：即在相同的条件下，同时测量同一目标，进行归一化处理，分析各仪器的误差，以精度高的仪器为准，进行误差订正，并在提交数据时应附上相应测量仪器的比对报告。其中波谱仪与辐射计的性能要求为： ⑴可见光、近红外波段波谱仪 ①波谱仪读数时间漂移最大值，在0.38－1.1μm 围平均不得超过3％； ②波谱仪的读数的线性度误差不得超过1％； ③波谱仪在0.38－1.1μm 围波长绝对误差平均不得超过0.8nm。 ⑵短波红外波段波谱仪 ①在1.1－2.5μm 围波谱仪读数时间漂移最大值，平均不得超过5％； ②波谱仪读数的线性度误差不得超过3％；
光谱分析仪指标参数及操作方法 原子发射光谱分析是根据原子所发射的光谱来测定物质的化学组分的。在正常的情况下，原子处于稳定状态，它的能量是最低的，这种状态称为基态。但当原子受到能量（如热能、电能等）的作用时，原子由于与高速运动的气态粒子和电子相互碰撞而获得了能量，使原子中外层的电子从基态跃迁到更高的能级上，处在这种状态的原子称激发态。电子从基态跃迁至激发态所需的能量称为激发电位，当外加的能量足够大时，原子中的电子脱离原子核的束缚力，使原子成为离子，这种过程称为电离。 原子失去一个电子成为离子时所需要的能量称为一级电离电位。离子中的外层电子也能被激发，其所需的能量即为相应离子的激发电位。处于激发态的原子是十分不稳定的，在极短的时间内便跃迁至基态或其它较低的能级上。当原子从较高能级跃迁到基态或其它较低的能级的过程中，将释放出多余的能量，这种能量是以一定波长的电磁波的形式辐射出去的。每一条所发射的谱线的波长，取决于跃迁前后两个能级之差。 由于原子的能级很多，原子在被激发后，其外层电子可有不同的跃迁，但这些跃迁应遵循一定的规则（即光谱选律），因此对特定元素的原子可产生一系列不同波长的特征光谱线，这些谱线按一定的顺序排列，并保持一定的强度比例。光谱分析就是从识别这些元素的特征光谱来鉴别元素的存在（定性分析），而这些光谱线的强度又与试样中该元素的含量有关，因此又可利用这些谱线的强度来测定元素的含量（定量分析）。 一、概述光谱分析仪是在平时的光通信波分复用产品中较常使用到的仪表，当WDM系统刚出现时，多用它测试信号波长和光信噪比。其主要特点是动态范围大，一般可达70dB；灵敏度好，可达-90dBm；分辨率带宽小，一般小于0.1nm；比较适合于测试光信噪比。另外测量波长范围大，一般在600~1700nm.，但是测试波长精度时却不如多波长计准确。 在光谱的测量、各参考点通路信号光功率、各参考点光信噪比、光放大器各个波长的增益系数和增益平坦度的测试都可以使用光谱分析仪。光谱分析仪现在也集成了WDM的分析软件，可以很方便地把WDM的各个波长的中心频率、功率、光信噪比等参数用菜单的方式显示出来。
地物光谱仪在野外光谱测量中的使用（一） 论文关键词地物光谱仪；野外测量；工作规范 论文摘要在遥感技术中，为了更精确地判读多光谱图像，掌握地面上各种地物的光谱辐射特性是十分重要的。介绍FieldSpec?悖HandHeld手持便携式 光谱分析仪的测量原理方法、工作规范及注意事项，概要地说明了影响光谱测量的因素。 在遥感领域中，为了研究各种不同地物或环境在野外自然条件下的可见和近红外波段反射光谱，需要适用于野外测量的光谱仪器。对野外地物光谱进行测量，我们使用的是美国 ASD公司FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪。其主要技术指标为：波长范围为 300~1100nm光谱采样间隔为1.6nm, 灵敏度线性：土1% FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪可用于户外目标可见一近红外波段的光谱辐射测量。该光谱仪在户外主要利用太阳辐射作为照明光源，利用响应度定标数据，可测量并获得地物目标的光谱辐亮度；利用漫反射参考板对比测量，可获得目标的反射率光谱信息；通过对经过标定的漫反射参考板的测量，可获得地面的总照度以及直射、漫射照度光谱信息；利用特定的辅助测量机械装置，可获得地面目标的BRDF（方向反射因子）光谱信 息参数。 为了使地物光谱数据可靠和高的质量，使数据便于对比和应用，有必要提出地物光谱测试规范和测量要求。 1仪器的标准和标定 1.1光谱分辨率 实用分辨宽度对0.04~1.10卩m小于5nm 1.1~2.5卩m小于15nm。对于FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪，起始波长为325nm终止波长 为1075nm波长步长为1nm则光谱分辨率取3nm 1.2线性标定 线性动态范围有3个量级，最大信号对应为0.8~1.0，太阳常数照明的白板（V 90%）峰值响应输出。线性误差小于 3%（回归误差）。 1.3光谱响应度的标定 反射率小于、等于15%（大于1%）的目标，信噪比应大于10。反射率大于15%的目标，信噪比应大于20。 2野外测定方法与工作规范 2.1目标选取 选取测量目标要具有代表性，应能真实反映被测目标的平均自然性。对于植被冠层及用物的测量应考虑目标和背景的综合效应。 2.2能见度的要求
作物冠层光谱特征反映作物的色素、组织结构和冠层结构的综合信息，是遥感方法探测冠层信息的重要依据。通过遥感技术对冠层光谱进行获取和分析，具有简单、快速、精度高和无损测定等优越性，成为获取农田生物环境信息的重要手段，在作物长势监测、营养诊断、精准施肥管理、产量估测、以及病害监测等方面都有探索性研究、初步应用和总结[1]。本文综述了国内近十年来作物冠层光谱的获取方法、光谱分析方法和应用领域，分析了存在的问题并展望了未来发展方向。 1作物冠层光谱数据的获取 收稿日期：2011-10-15 基金项目：国家玉米产业技术体系(CARS-02-17)；“十二五”粮丰工程项目(2011BAD16B10)；国家自然科学基金项 目(31071370) 作者简介：杨粉团(1979-)，女，博士，主要从事作物遥感研究。 通讯作者：姜晓莉,女,副研究员,E-mail:jxl1990@https://www.doczj.com/doc/3a11888435.html, 1.1获取手段 目前国内获取近地冠层高光谱多用美国ASD 公司生产的Filedspec FR2500型便携式高光谱仪和Fieldspec HH光谱辐射仪，成像高光谱仪多用中科院上海技术物理研究所研制的实用型模块化成像光谱仪OMIS(Operative Moudular Imag-ing Spedtrometer)。冠层多光谱测定多用美国Cropscan公司生产的MSR-16型便携式多光谱辐射仪。此外还有提供红外和近红外特定波长反射率的GreenSeeker505植物冠层光谱测定仪。 光谱采集时根据仪器的要求一般探头距植株冠层顶部上方40～100cm处垂直测定，通常采用15°～31°视场角，时间最好选择晴朗无云或少云的天气10∶00～14∶00进行，根据试验安排，每小区最好多测几个重复。 1.2分析方法 数据采用相关分析软件进行处理，分析方法 文章编号：1003-8701(2011)06-0009-04 作物冠层光谱的获取和应用研究进展 杨粉团，李刚，姜晓莉*，曹庆军 (吉林省农业科学院/农业部东北作物生理生态与耕作重点实验室，长春130033) 摘要：作物冠层光谱受作物的色素、组织结构和冠层结构影响。通过获取冠层光谱，适当数学运算后和农学参数建立相关监测模型，可以监测作物的长势、营养状况、病害危害情况、产量及品质。本文综述了国内近十年来作物冠层光谱的获取方法、光谱分析方法和应用领域，并展望了未来发展方向。 关键词：作物；冠层；光谱 中图分类号：S127文献标识码：A Progress of Researches on Acquisition and Application of Crop Canopy Spectrum YANG Fen-tuan,LI Gang,JIANG Xiao-li*,CAO Qing-jun (Academy of Agricultural Sciences of Jilin Province/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology＆Tillage of Northeast China,Ministry of Agriculture,Changchun130033,China) Abstract:Crop canopy spectrum is influenced by crop pigments,vegetation and canopy structure.By acquisition of crop canopy spectrum and building model with agronomy parameter,we can monitor the crop growth,plant deficiency,plant diseases,crop yield and seed quality.Studies on crop canopy spectrum of ten years were summarized in the paper,which included collecting method,analysis measures,application field and directions of development in the future. Keywords:Crop;Canopy;Spectrum 吉林农业科学2011,36（6）：9-12Journal of Jilin Agricultural Sciences
光谱分析仪常用参数测量参考手册 摘要：光谱分析仪是在光纤通信产品中常用的测试仪器，本文以横河的AQ6370光谱分析仪为例结合平时的测试工作，介绍了使用光谱分析仪进行一些常规参数的测量方法。 关键词：光谱分析仪；横河AQ6370 一、概述 光谱分析仪是在平时的光通信波分复用产品中较常使用到的仪表，当WDM 系统刚出现时，多用它测试信号波长和光信噪比。其主要特点是动态范围大，一般可达70dB；灵敏度好，可达-90dBm；分辨率带宽小，一般小于0.1nm；比较适合于测试光信噪比。另外测量波长范围大，一般在600~1700nm.，但是测试波长精度时却不如多波长计准确。 在光谱的测量、各参考点通路信号光功率、各参考点光信噪比、光放大器各个波长的增益系数和增益平坦度的测试都可以使用光谱分析仪。光谱分析仪现在也集成了WDM的分析软件，可以很方便地把WDM的各个波长的中心频率、功率、光信噪比等参数用菜单的方式显示出来。 二、常用参数的测试 光谱分析仪的屏幕显示测量条件、标记值、其它数据以及测量波形。屏幕各部分的名称显示如下：
图1：屏幕各部分的名称 1、光谱谱宽的测量 谱宽即光谱的带宽，使用光谱分析仪可以测量LD、发光二极管的谱宽。在光谱的谱宽测量时，要特别注意光谱分析仪系统分辨率的选择，即原理上光谱分析仪的分辨率应当小于被测信号谱宽的1/10.，一般推荐设置为至少小于被测信号谱宽的1/5。 在实际的测量中，为了能够准确测量数据，一般选择分辨率带宽为0.1nm 以下。分辨率带宽RES位于SETUP菜单中的第一项，直接输入所要设定的分辨率带宽的大小即可。如下图2、3、4所示（图中只为区别光谱形状的不同），当选择的分辨率带宽不同时，从光谱分析仪观察到的光谱形状有很大的不同，并且 所测量得到的谱宽大小的不同。
第３ １卷，第２期 光谱学与光谱分析Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．２，ｐｐ ４７８－４８２２ ０ １ １年２月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２ ０１１ 融合冠层水分特征的光谱参数ＮＣＶＩ及反演玉米ＬＡＩ 曹 仕１，刘湘南１＊，刘美玲１，曹 珊２，姚 帅１ １．中国地质大学（北京）信息工程学院，北京 １０００８３２．中国水利水电第八工程局，湖南长沙 ４１００００ 摘 要 精确反演农作物冠层叶面积指数对指导作物管理和作物估产具有非常重要的意义。以吉林市郊区玉米种植区为试点，考虑冠层叶片水分含量对ＬＡＩ的贡献，在ＮＤＶＩ的基础上结合表征冠层叶片水分含量的植被指数ＤＳＷＩ，提出一种归一化综合植被指数ＮＣＶＩ，以此建立模型反演ＬＡＩ，并对模型进行检验。结果表明：ＮＣＶＩ模型反演ＬＡＩ值与实测值之间存在良好的对应关系，此模型突破了传统经验模型对稠密冠层ＬＡＩ反演的局限，对ＬＡＩ值大于３的冠层反演效果良好；另外，ＮＣＶＩ模型对土壤水环境十分敏感，在干旱 半干旱地区的反演效果明显优于一般区域。 关键词 叶面积指数；归一化综合植被指数；冠层水分含量；遥感反演；玉米 中图分类号：ＴＰ７２２．４；Ｓ１２７ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１１）０２－０４７８－０５ 收稿日期：２０１０－０４－２３，修订日期：２０１０－０９－ ０８ 基金项目：国家自然科学基金项目（ ４０７７１１５５）和国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００７ＡＡ１２Ｚ１７４）资助 作者简介：曹 仕，１９８５年生，中国地质大学（北京）信息工程学院硕士研究生 ｅ－ｍ ａｉｌ：ｃａｏｓｈｉ２２４＠１６３．ｃｏｍ＊通讯联系人 ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｘｎｃｕｇ ｂ＠１６３．ｃｏｍ引 言 叶面积指数（ｌｅａｆ ａｒｅａ ｉｎｄｅｘ，ＬＡＩ）是指单位地面面积上所有叶子单面表面积的总和，是表征植被冠层结构最基本的参数之一，同时也是陆地生态系统的一个十分重要的结构参数，它与植物的蒸腾、呼吸、光合作用以及降水的截取、地 表净初级生产力等密切相关［１－４］。自１９４７年提出以来，叶面 积指数已成为一个重要的植物学参数和评价指标，并在农业、牧业、林业以及生物学、生态学、环境学等领域得到广 泛应用［ ５］ 。现今利用遥感反演叶面积指数的方法大致分为两类，即物理模型方法和经验模型方法。物理模型方法以物理光学原理为基础，具有较强的时空扩展性，但却因算法的复杂性而导致其实现困难、计算繁冗，并且还存在病态反演的问 题［ ６］ 。经验模型方法则利用光谱指数快速获得叶面积指数，具有简单灵活的特点，是现在最常用的间接获得ＬＡＩ的方 法［ ７，８］ 。目前叶面积指数反演经验模型用的最多的光谱指数是归一化植被指数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ，ＮＤＶＩ），但此类模型一般只考虑单一植被指数，当冠层过于稠密，ＬＡＩ值达到３以上时，ＮＤＶＩ指数反演达到饱和，其模型严重受限，无法进行进一步反演。 随着空间精细化模型的发展和基于过程的分布式模拟技 术的应用，对ＬＡＩ的区域精确估算显得越来越重要，经验模 型中传统反演方法的局限性显然不能满足其要求，Ｋｏｕｉｔｉ利 用ＢＲＤＦ结合ＮＤＶＩ解决了无法反演高ＬＡＩ的限制［９］，但其 需要的数据比较复杂，不适于普遍推广使用。而本研究从冠层叶片水分含量出发，在ＮＤＶＩ的基础上结合表征叶片水分含量的植被指数，提出一种反演ＬＡＩ的归一化综合植被指数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ，ＮＣＶＩ），用以提高ＬＡＩ的反演精度，打破经验反演的局限性，扩大经验模型的适用范围。 １ ＮＣＶＩ理论基础与实验设计 １．１ 实验设计 研究区域为吉林省吉林市郊区玉米种植区，实验随机选取了Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ四块不同地域，在每块地域取１５个测试 点，对每个试点的玉米植株进行光谱测试和叶面积指数的测试，并对冠层上、中、下的叶片和试点土壤进行采样，随后在实验室进行水分测量。 冠层光谱反射率的测量采用ＡＳＤ ｆｉｅｌｄ ｐｒｏ３便携式辐射光谱仪，其探测波长范围：３５０～２ ５００ｎｍ；光谱分辨率：３５０～１ ０５０ｎｍ范围内为３．５ｎｍ，１ ０００～２ ５００ｎｍ范围内为１０ｎｍ；光谱采样间隔：３５０～１ ０５０ｎｍ范围内为１．４ｎｍ，１ ０００～２ ５００ｎｍ范围内为２ｎｍ；采样时间：１０次·ｓ－１ 。叶面积
LED植物灯光谱技术和参数 光的研究基础是光谱，光的应用品质需要光谱分析，LED植物灯的光谱尤为重要，制造商对植物灯光谱的设计能力决定其市场竞地位，LED植物灯光谱需要根据种植工艺专门设计而不能去仿制。 植物工厂是跨界产品，好亮固体光源研究所把植物工厂技术分为种植设备技术与种植工艺技术，植物灯光谱技术是种植设备与种植工艺的重要关联点，需要明确的一点是种植工艺决定光谱设计，对植物灯的设计与制造是保证种植工艺所要求的光质能达到最佳效率，植物灯的这些特点决定了植物光谱设计具有复杂性和多样性。 1、光的应用分类 视觉应用：应用于照明，物理单位是以平均人眼的视效函数对光谱辐射功率加权得到的光通量为主要参数。 非视觉应用：以动物、植物、医疗、微生物、识别、数据传送等应用，物理单位是辐射功率或者光量子数。 2、光子的能量 LED发光是能量的转换现象，电子与空穴复合时多余的能量会发光，产生光子，波长越短，产生光子的能量越高，光子是光传递能量过程中的最小单位，植物光合作用吸收的是这种带能量的光子，光合作用是在光子能量包驱动进行，而不是一般的光能量作用，这就是植物光合作用需要光子去表达的原因。
单个光子的能量在波长400nm与波长700nm的能量比是1.75，也就是说，蓝光比红光能量大1.75倍。
图：相同辐射功率下，产生光子的数量随着波长的增大而增加。 光合作用是由光子通量产生，是携带能量的光子在酶的作用下分解CO2与H2O后产生新的分子的过程，但不是所有被植物吸收的光子产生相同的光合作用，需要用能量传递的角度理解光合作用，用“光餐”来理解光子与植物的关系。 光合有效辐射的光子数量采用两种度量单位：光合光子通量（PPF），其波长范围从400到700nm，二是产生的光子通量（YPF），其波长范围可以根据植物的光合响应下确定波长范围。 3、植物灯的参数与单位 摩尔量（mol） 在描述物质构成的基本单位如分子、离子、光量子等的时候，通常采用摩尔量表示，摩尔量是由6.022EXP(23)个物质的基本粒子构成一个基本量，单位是：摩尔（mol），在植物光合作用里光子的数量也是采用摩尔量表示，一个光子摩尔（mol）里包含有6.022EXP(23)个光子，由于在植物光合里摩尔的单位大，许多参数采用微摩尔表示。 1摩尔（mol）=1000000微摩尔（umol）。 1微摩尔（umol）包含有6千万个亿的光子。 PAR 光合有效辐射（Photosynthetic Active Radiation） 植物用于光合作用的特定波长范围（400-700nm）的辐射称作光合有效辐射，标注单位有两种：
第一章绪论 ）、色谱法、质谱法、电泳法、热分析法和放射化 （ ）。 ）、（ ）、（ ）。 ）、（ ）、操作简便分析速度快。 答案 1光学分析法、电化学分析法 2光谱法、非光谱法 3色谱法、质谱法、电泳法 4灵敏度高检出限低、选择性好 第二章光学分析法导论 一、 选择题 1电磁辐射的粒子性主要表现在哪些方面（ ） A 能量 B 频率 C 波长 D 波数 2当辐射从一种介质传播到另一种介质时，下列哪种参量不变（ ） A 波长 B 速度 C 频率 D 方向 3电磁辐射的二象性是指： A .电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成； B .电磁辐射具有波动性和电磁性； C ?电磁辐射具有微粒性和光电效应； D ?电磁辐射具有波动性和粒子性 4可见区、紫外区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中， 能量最大和最小的区域分别为: A ?紫外区和无线电波区； B ?可见光区和无线电波区； C .紫外区和红外区； D ?波数越大。 一、 填空题 1仪器分析方法分为（ ）、（ 学分析法。 2光学分析法一般可分为（ ） 3仪器分析的分离分析法主要包括（
5有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的A .能量越大；B .频率越高；C .波长越长；D .波数越大。
7受激物质从高能态回到低能态时，如果以光辐射形式辐射多余的能量，这种现象称为（） A光的吸收B光的发射C光的散射D光的衍射 8利用光栅的（）作用，可以进行色散分光 A散射B衍射和干涉C折射D发射 9棱镜是利用其（）来分光的 A散射作用B衍射作用C折射作用D旋光作用 10光谱分析仪通常由以下（）四个基本部分组成 A光源、样品池、检测器、计算机 B信息发生系统、色散系统、检测系统、信息处理系统 C激发源、样品池、光电二级管、显示系统 D光源、棱镜、光栅、光电池 二、填空题 ），能量越（），反1. 不同波长的光具有不同的能量，波长越长，频率、波数越（ 之，波长越短，能量越（）。 2. 在光谱分析中，常常采用色散元件获得（）来作为分析手段。 3. 物质对光的折射率随着光的频率变化而变化，这中现象称为（） 4. 吸收光谱按其产生的本质分为（）、（）、（）等。 5. 由于原子没有振动和转动能级，因此原子光谱的产生主要是（）所致。 6?当光与物质作用时，某些频率的光被物质选择性的吸收并使其强度减弱的现象，称为（）, 此时，物质中的分子或原子由（）状态跃迁到（）的状态。 7.原子内层电子跃迁的能量相当于（）光，原子外层电子跃迁的能量相当于（）和（）。 三. 简答题: 1?什么是光学分析法？ 2?何谓光谱分析法和非光谱分析法? 3. 简述光学分析法的分类？ 4. 简述光学光谱仪器的基本组成。 5. 简述瑞利散射和拉曼散射的不同?
1.高光谱分辨率遥感:用很窄（0.01波长）而连续的光谱通道对地物持续遥感成像的技术。在可见光、近红外、短波红外和热红外波段其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级，通常具有波段多的特点，光谱通道数多达数十甚至数百个以上，而且各光谱通道间往往是连续的。 2.高光谱遥感特点：波段多,数据量大；光谱范围窄(高光谱分辨率)；在成像范围内连续成像；信息冗余增加 3. 高光谱遥感的发展趋势（1）遥感信息定量化（2）“定性”、“定位”一体化快速遥感技术 4.光谱特征的产生机理：在绝对温度为0K以上时，所有物体都会发射电磁辐射，也会吸收、反射其他物体发射的辐射。高光谱遥感准确记录电磁波与物质间的这种作用随波长大小的变化，通过反映出的作用差异，提供丰富的地物信息，这种信息是由地物的宏观特性和微观特性共同决定的。宏观特性:分布、粗糙度、混杂微观特性:物质结构 6.典型地物反射：水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别到了近红外波段，吸收就更强，所以水体在遥感影像上常呈黑色。 植被的反射波谱特征：①可见光波段有一个小的反射峰，位置在0.55um处，两侧 0.45um(蓝)和0.67um(红)则有两个吸收带。这一特征是叶绿素的影响。②在近红外波段(0.7-0.8um)有一反射的“陡坡”（被称为“红边”)，至1.1um附近有一“峰值”，形成植被的独有特征。这一特征由于植被结构引起。③在中红外波段(1.3-2.5um) ，反射率大大下降，特别以1.45um和1.95um为中心是水的吸收带，形成低谷。 土壤:由于土壤反射波谱曲线呈比较平滑的特征，所以在不同光谱段的遥感影像上，土壤的亮度区别不明显.自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土质越细反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低，此外土类和肥力也会对反射率产生影响。 6.野外光谱测量的影响因素（1）大气透射率（2）水蒸气3）风（4）观测几何 7.地面光谱的测量方法：实验室测量，野外测量 8.垂直与野外测量的区别:垂直测量：为使所有数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较，一般情况下测量仪器均用垂直向下测量的方法，以便与多数传感器采集数据的方向一致。由于实地情况非常复杂，测量时常将周围环境的变化忽略，认为实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。 野外测量（非垂直测量）：在野外更精确的测量是测量不同角度的方向反射比因子。 凝视时间：探测器的瞬时视场角扫过地面分辨单元的时间称为凝视时间（dwell time）。探测器的凝视时间在数值上等于行扫描时间除以每行的像元个数。凝视时间越长，进入探测器的能量越多，光谱响应越强，图像信噪比越高。 光谱图像立方体：空间平面：O-XY平面；线光谱平面：O-XZ，O-YZ平面 9.高光谱遥感图像数据表达：A.光谱图像立方体 B.二维光谱曲线 C. 三维光谱曲面 10.空间成像方式：（1）摆扫型成像光谱仪：定义：它由光机左右摆扫和飞行平台向前运动完成二维空间成像，其线列探测器完成每个瞬时视场像元的光谱维获取。原理：45斜面的扫描镜，电机进行360旋转，旋转水平轴与遥感平台前进方向平行，扫描镜扫描运动方向与遥感平台运动方向垂直，光学分光系统形成色散光源再汇集到探测器上，这样成像光谱仪所获取的图像就具有了两方面的特性：光谱分辨率与空间分辨率。 （2）推扫型成像光谱仪：定义：采用一个面阵探测器，其垂直于运动方向在飞行平台向前运动中完成二维空间扫描；平行于平台运动方向，通过光栅和棱镜分光，完成光谱维扫描。它的空间扫描方向就是遥感平台运动方向。原理：垂直于运动方向完成空间维扫描，平行于运动方向完成光谱维扫描。 （3）两者的优缺点：摆扫型成像光谱仪的优点：A.FOV 大；B.探测元件定标方便，数据稳
麦类作物学报 2006,26(2):103～108 Jou rnal of T riticeae C rop s 不同施氮条件下小麦冠层的高光谱和多光谱反射特征Ξ 李映雪,朱艳,曹卫星 (南京农业大学 江苏省信息农业高技术研究重点实验室,农业部作物生长调控重点开放实验室,南京210095) 摘 要:为了更好地利用冠层反射光谱特征监测小麦生长及氮素营养状况,以宁麦9号、淮麦20、徐麦26和扬麦10号四个小麦品种为材料,通过田间小区试验,研究了不同小麦品种在不同生育时期和不同氮素水平下冠层反射光谱的变化规律。结果表明,相同氮素水平下不同小麦品种冠层反射光谱的反射率有差异,且近红外部分差异较明显。小麦从拔节开始,随生育期的推进,冠层反射光谱在可见光波段的反射率先降低然后升高,以孕穗期反射率最低,随着叶片的逐渐变黄,反射率又增大,并且绿光波段的反射峰也逐渐消失。而近红外区反射率则表现出相反的趋势,以开花期为分界,先上升然后下降,直到成熟前降为最低。随着施氮水平的提高,冠层反射光谱在近红外反射平台(750～1300nm)的反射率呈上升趋势,而可见光部分反射率则下降,并且反射光谱的绿峰和红边位置也随着施氮水平的提高分别向蓝光方向(波长变短)和红光方向(波长变长)移动。 关键词:小麦;施氮;高光谱;多光谱;冠层反射特征 中图分类号:S512.1;S311 文献标识码:A 文章编号:100921041(2006)022******* Character iz i ng Canopy Hyperspectra l and M ultispectra l Ref lectance under D ifferen t N-appl ica tion Cond ition s i n W hea t L IY i ng-xue,ZHU Yan,CAO W e i-x i ng (H i2T ech Key L abo rato ry of Info rm ati on A griculture of J iangsu P rovince Key L abo rato ry of C rop Grow th R egulati on, M inistry of A griculture,N anjing A gricultural U niversity,N anjing,J iangsu210095,Ch ina) Abstract:T he change of canop y sp ectral reflectance under differen t cu ltivars,differen t grow th stages and varied n itrogen rates w ere investigated by characterizing canop y m u ltisp ectral and hyp ersp ectral reflectance in w heat.T he resu lts show ed that the canop y reflectance differed w ith cu ltivars,w ith sign ifican t change at near infrared bands.R eflectance at visib le ligh t in itially decreased and then increased w ith grow th p rogress after j o in ting,w ith the low est value app eared at boo ting.R eflectance increased and reflectance p eak also disapp eared gradually in cou rse of leaf yellow ing.How ever, reflectance in near infrared had oppo site trend,w h ich in itially increased and then decreased to the low est from an thesis to m atu rity.R eflectance at near infrared reflected flat(750～1300nm)increased w ith increasing n itrogen supp ly,w hereas reflectance at visib le band decreased,and green p eak and red edge po siti on of canop y reflectance sp ectra also m oved to directi on of b lue ligh t(sho rt w avelength) and red ligh t(long w avelength),resp ectively.T hese resu lts p rovide background info rm ati on fo r m on ito ring of grow th characters and n itrogen statu s w ith canop y reflectance sp ectra in w heat. Key words:W heat;N itrogen app licati on;M u ltisp ectra;H yp ersp ectra;Canop y reflectance 随着高分辨率遥感技术研究的深入,利用弱光谱差异对地物特征进行定量分析的研究得以广泛开展[1]。许多学者试图通过冠层反射光谱的差异分析来判别作物种类和栽培条件。杨长明[2]等研究表明,不同株型水稻品种群体冠层对太阳光谱辐射的反射率存在明显差异,尤其以蓝光区 Ξ收稿日期:2005208201 修回日期:2005210220 基金项目:国家自然科学基金项目(30400278);江苏省自然科学基金项目(BK2003079,BK2005212);江苏省高校博士点基金项目(20030307017)。 作者简介:李映雪(1975-),女,讲师,主要从事信息生态学和作物遥感监测研究。 通讯作者:朱艳(1976-),女,副教授,主要从事作物模拟与信息技术研究。