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基于小波变换与支持向量机回归的冬小麦叶面积指数估算
  • ISSN号:1007-2276
  • 期刊名称:《红外与激光工程》
  • 时间:0
  • 分类:TP391[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]安徽大学计算机智能与信号处理教育部重点实验室,安徽合肥230039, [2]安徽大学电子信息工程学院,安徽合肥230039, [3]中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室,北京100094, [4]北京农业信息技术研究中心,北京100097
  • 相关基金:国家自然科学基金(61172127,41301471,41271412);国家863计划(2012AA12A307)
中文摘要:

叶面积指数(LAI)是作物长势诊断及产量预测的重要参数。通过对冬小麦采样点的高光谱曲线进行连续小波变换(CWT),然后利用小波系数与LAI建立支持向量机回归(SVR)模型,实现冬小麦不同生育时期的叶面积指数估算。通过对所研究方法与选取的植被指数、偏最小二乘(PLS)回归等5种方法的反演结果进行统计分析。结果表明:利用连续小波变换确定的 LAI的敏感波段为680、739、802、895 nm,对应尺度分别为8、4、9和8,对应小波系数的LAI回归确定系数(R2)明显高于冠层反射率的回归确定系数;利用小波系数与LAI建立的SVR模型的反演精度最高,模型实测值与预测值的检验精度(R2)为0.86,均方根误差(RMSE)为0.43;而常用植被指数(归一化植被指数,NDVI;比值植被指数,RVI)建立的估测模型对冬小麦多个生育时期LAI反演精度最低(R^2〈0.76,RMSE〉0.56)。因此利用连续小波变换进行数据预处理,能更好地筛选出对叶面积指数敏感的信息,LAI回归方法比较结果表明,SVR比PLS更适合于LAI的估测,通过将CWT与SVR结合(CWT-SVR)能实现不同生育时期冬小麦叶面积指数的遥感估算。

英文摘要:

Leaf area index (LAI) is an important parameter of crop diagnosis and yield prediction. The LAI of winter wheat obtained from Beijing city had been estimated successfully by support vector machine regression (SVR) model built with LAI and wavelet coefficients of hyperspectral reflectance. The inversion results of this paper method and other five methods, such as selected vegetation indices and partial least-square (PLS) regression models, were analyzed. It was found that the sensitive bands to assess LAI were 680 nm, 739 nm, 802 nm, and 895 nm, and the corresponding wavelet decomposition scales were 8, 4, 9, and 8 determined by continuous wavelet transform(CWT), respectively. The decision coefficient (R2) of regression equation between LAI and wavelet coefficient was significantly higher than that of between LAI and canopy reflectance. The SVR model based on wavelet coefficients performed best with R2 of 0.86, and RMSE of 0.43, while the regression models based on two common spectral vegetation indices (NDVI and RVI) performed poor in estimating LAI of winter wheat's multiple birth period (R^2〈0.76, RMSE〉0.56). It can conclude that the pretreatment method of CWT is better effective for selecting sensitive spectral characteristics to LAI. Meanwhile, SVR is more suitable for developing model in LAI estimation than PLS regression. The combination of CWT and SVR is feasible to realize remote sensing inversion of LAI in the whole growth period of winter wheat.

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期刊信息
  • 《红外与激光工程》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国航天科工集团
  • 主办单位:天津津航技术物理研究所
  • 主编:张锋
  • 地址:天津市空港经济区中环西路58号
  • 邮编:300308
  • 邮箱:irla@csoe.org.cn
  • 电话:022-58168883 /4/5
  • 国际标准刊号:ISSN:1007-2276
  • 国内统一刊号:ISSN:12-1261/TN
  • 邮发代号:6-133
  • 获奖情况:
  • 1996年获航天系统第五次科技期刊评比三等奖,1998年获航天系统第六次科技期刊评比二等奖,1997-2001年在天津市科技期刊评估中被评为一级期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:17466