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夏玉米冠层光合有效辐射垂直分布模型 总被引：5，自引：4，他引：1
吸收光合有效辐射分量（FPAR）是研究植被群体光合作用和光能利用的重要参数,弄清冠层内FPAR的垂直分布规律及其与冠层结构等参数之间的定量关系,可以为遥感定量反演冠层FPAR提供模型基础。该文基于平均冠层的辐射传输过程,结合冠层结构建立玉米冠层内FPAR垂直分布计算模型,并就模型的参数如植被组分光学特性、株型、太阳高度角以及天空散射光比例等对FPAR垂直分布结果的影响进行了分析。利用实测结构参数模拟了玉米冠层内FPAR,并与SUNSCAN测量值进行了比较,结果表明模型对封垄后的玉米冠层内FPAR垂直分布的模拟精度较高,RMSE均小于0.18,并能较好地计算封垄前冠层内FPAR的垂直分布趋势。 相似文献
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基于最大熵模型的玉米冠层LAI升尺度方法 总被引：1，自引：1，他引：0
叶面积指数(leaf area index,LAI)是表达农作物冠层结构的关键参数之一,准确获取LAI对于农作物长势监测、估产等研究具有非常重要的意义。由于地物空间复杂性、数据源的不同以及遥感反演模型的非线性,LAI的反演结果会存在尺度效应,因此需要进行尺度转换研究。理想的升尺度转换应该只是数据空间分辨率的降低,而数据内在信息应保存到低分辨率中。最大熵(maximum entropy,Max Ent)模型是基于多种环境因子的广义学习模型,对分析因子的空间分布具有较高的估算精度,因此,该研究利用最大熵模型进行玉米冠层LAI升尺度方法研究,从而将野外实测的LAI点数据扩展到空间分辨率为30 m的面数据,所使用的数据源是Landsat8 OLI遥感影像、气象数据和野外样点上测量的LAI数据。研究结果表明:利用最大熵模型升尺度转换结果与实测LAI相比,R2为0.601、RMSE为0.898,说明两者的相关性较高;由于玉米冠层叶片之间的相互遮挡,导致整体结果偏低,但偏低误差在可接受范围内。因此,Max Ent模型可用于农作物LAI点数据到面数据的升尺度转换。 相似文献
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间作是未来中国解决粮食安全的一种重要途径,提高间作内光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)的利用效率对于提高作物单产具有重要意义。该文针对Munz模型中对于窄条带间作下模拟精度降低的问题,引入了玉米叶面积密度随冠层深度的分布函数,并基于试验测量的辐射重新获取了散射辐射消光系数,实现了窄条带间作系统中不同行矮秆作物冠顶瞬时PAR的模拟。试验设置了3∶6和2∶3两种玉米/大豆间作处理,并进行不同天气条件下各行大豆冠顶PAR模拟值与测量值的比较。结果显示:两者之间具有较好的一致性,决定系数(R2)的范围为0.76~0.99,3∶6间作大豆中行的均方根误差(root mean square error,RMSE)范围为59.1~76.4μmol/(m2·s),内行为76.8~99.7μmol/(m2·s),边行为97.2~157.8μmol/(m2·s);2∶3间作大豆中行RMSE的范围94.9~129.5μmol/(m2·s),边行为125.8~181.0μmol/(m2·s)。结果表明:模型能够较好模拟一天中各行大豆冠顶PAR的变化规律,并能基本反映各行全天累积PAR的差异,且3∶6间作的模拟精度优于2∶3间作,内行优于边行。研究可为条带间作系统内不同行矮秆作物的生长及产量差异提供理论基础和依据。 相似文献
4.
农作物冠层的结构参数,如叶面积指数与平均叶倾角,是影响太阳辐射在农田内进行重新分配的重要参数。在农业工程中,以玉米与小麦为例,这些参数的测量以传统的手持仪器为主,需要消耗较大的人力和时间,难以被应用于大区域尺度、长时间序列结构参数获取。该文设计并实现了一种基于无线传感器网络技术的农作物结构参数自动测量系统。系统由冠层上、下部光强测量节点、数据汇聚节点以及数据无线传输的路由节点组成,通过测量不同太阳高度角下冠层透过率来求解冠层的结构参数。数值模拟结果与野外实测结果表明,该文所用的结构参数反演算法稳定,测量系统可以较好的探测一天之中不同太阳高度角下的植被冠层太阳辐射透过率,基于方向透过率计算得到的叶面积指数与LAI2000仪器测量结果有较好的相关性,平均叶倾角和理论分布模式计算结果基本一致。该系统可以应用于对大区域尺度上的农作物长时间序列连续观测,提高农作物结构参数测量的自动化程度。 相似文献
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基于器官尺度虚拟玉米冠层直射光分布的快速计算模型 总被引：2，自引：0，他引：2
为了给精确农业研究中所需的植物冠层光分布快速计算提供解决方法，提出了一个基于虚拟相机的玉米冠层直射辐射分布快速计算模型。该模型主要包括一个能代表田间玉米植株群体空间结构特征的虚拟冠层和一个虚拟相机，采用虚拟相机从太阳入射方向拍摄冠层图像，通过图像判读计算出植株各器官的太阳直射辐射分布。从模拟精度与模拟时间两方面评估了该模型的有效性。结果表明，该模型能很好地模拟器官尺度的植株光分布，并且比现有模型明显地缩短了计算时间。在引入计算虚拟冠层最小复制植株数的算法后，该模型的计算时间还能进一步缩短。另外，还探讨了虚拟冠层的植株器官形态简化描述的可行性，结果表明过度简化会导致模拟误差的明显增加。 相似文献
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无人机影像反演玉米冠层LAI和叶绿素含量的参数确定 总被引：6，自引：4，他引：2
小型低空无人机（unmanned aerial vehicle, UAV）机动灵活、操作简便，可以按需获取高空间分辨率影像，是育种玉米长势监测的一种重要技术手段。针对UAV影像反演玉米冠层叶面积指数（LAI, Leaf Area Index）和叶绿素含量的参数确定问题，该研究以DJI S1000+无人机为平台，搭载法国Parrot Sequoia相机，获取海南三亚市崖城玉米育种基地的多光谱影像。基于预处理后的UAV影像，采用重采样的方式获得不同分辨率下（0.1～1 m）的不同植被指数，所构建的植被指数包括归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）、叶绿素指数（grassland chlorophyll index，GCI）、比值植被指数（ratio vegetation index，RVI）、归一化红边红指数（normalized difference rededge-red index，NDIrer）、归一化红边绿指数(normalized difference rededge-green index，NDIreg)和重归一化植被指数(renormalized difference vegetation index，RDVI)，通过将不同分辨率下的不同植被指数与地面实测数据进行回归分析，以获得各分辨率下植被指数与冠层LAI和叶绿素含量的关系模型及其决定系数，以决定系数的大小为依据来确定玉米冠层LAI和叶绿素含量反演的最优空间分辨率和最优植被指数。通过试验发现，在分辨率为0.6 m时，NDVI与地面实测LAI之间的决定系数R2为0.80，决定系数达到了最大，利用该分辨率下的NDVI反演得到的LAI验证精度R2达到了0.73；在分辨率为0.1 m时，NDIreg与地面实测叶绿素含量之间的决定系数R2为0.70，决定系数达到了最大，利用该分辨率下的NDIreg反演得到的叶绿素含量验证精度R2达到了0.63。因此得出结论：1）植被指数的选择：① 对于玉米冠层LAI的反演来说，不包含绿波段的植被指数的LAI反演精度较高，这说明绿波段对LAI的变化不敏感；② 对于玉米冠层叶绿素含量反演来说，包含红边波段的植被指数的反演精度较高，因此影像的红边波段对叶绿素含量的变化非常敏感。2）UAV影像空间分辨率的选择：反演LAI的最优分辨率是0.6 m，此时NDVI与实测LAI的决定系数达到最大；反演冠层叶绿素含量的最优分辨率是0.1～0.3 m范围内，此时NDIreg与实测叶绿素含量的决定系数达到最大。该研究可为UAV反演玉米表型参数时的分辨率和植被指数选择提供参考。 相似文献
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冬小麦叶面积指数高光谱遥感反演方法对比 总被引：26，自引：13，他引：13
冬小麦叶面积指数(LAI,leafarea index)是评价其长势和预测产量的重要农学参数,高光谱遥感能够实现快速无损地监测叶面积指数。该文旨在将田间监测与高光谱遥感相结合,探索研究不同冬小麦叶面积指数高光谱反演方法的模拟精度及适应性。针对国际上普遍应用的2种高光谱遥感反演LAI模型方法,即回归分析法和BP神经网络法,在介绍2种LAI反演模型的基础上,选择位于黄淮海平原的山东省济南市长清区为研究区域,通过ASD地物光谱仪和SunScan冠层分析系统对冬小麦的冠层光谱及LAI变化进行田间观测,然后利用回归分析法和BP神经网络法构建冬小麦LAI反演模型,将模型估算LAI值和田间观测LAI值进行比对,分析评价2种方法的反演精度。结果表明,BP神经网络法较回归分析法估算冬小麦LAI的精度有较大提高,检验方程的决定系数(R2)为0.990、均方根误差(RMSE)为0.105。利用BP神经网络法构建反演模型能较好的对冬小麦LAI进行反演。研究结果可为不同冬小麦长势遥感监测提供理论和技术上的支持,并为大尺度传感器监测冬小麦长势和估产提供参考。 相似文献
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冬小麦叶面积指数（LAI, leaf area index）是评价其长势和预测产量的重要农学参数,高光谱遥感能够实现快速无损地监测叶面积指数。该文旨在将田间监测与高光谱遥感相结合,探索研究不同冬小麦叶面积指数高光谱反演方法的模拟精度及适应性。针对国际上普遍应用的2种高光谱遥感反演LAI模型方法,即回归分析法和BP神经网络法,在介绍2种LAI反演模型的基础上,选择位于黄淮海平原的山东省济南市长清区为研究区域,通过ASD地物光谱仪和SunScan冠层分析系统对冬小麦的冠层光谱及LAI变化进行田间观测,然后利用回归分析法和BP神经网络法构建冬小麦LAI反演模型,将模型估算LAI值和田间观测LAI值进行比对,分析评价2种方法的反演精度。结果表明,BP神经网络法较回归分析法估算冬小麦LAI的精度有较大提高,检验方程的决定系数（R2）为0.990、均方根误差（RMSE）为0.105。利用BP神经网络法构建反演模型能较好的对冬小麦LAI进行反演。研究结果可为不同冬小麦长势遥感监测提供理论和技术上的支持,并为大尺度传感器监测冬小麦长势和估产提供参考。 相似文献
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基于PROBA/CHRIS遥感数据和PROSAIL模型的春小麦LAI反演 总被引：2，自引：2，他引：0
大面积区域作物叶面积指数（LAI）遥感反演,对指导作物管理具有重要的意义。该文基于2008年5－7月在黑河流域开展的大型星－机－地遥感综合试验获取的多角度高光谱PROBA/CHRIS数据及地面同步观测数据,利用PROSAIL辐射传输模型和神经元网络方法反演春小麦LAI,并利用地面实测LAI进行验证和分析,结果表明：PROBA/CHRIS数据的最佳组合波段为band 4（555.1 nm）、band 9（696.9 nm）和band15（871.5 nm）,利用PROBA/CHRIS数据反演LAI时,3角度组合（0°、36°、55°）反演LAI精度最高（R2=0.854,RMSE=0.344;MAE=0.213）。随着观测角度增加LAI反演精度相应提高,但超过3个角度后,多观测角度数据会带来较大不确定性,影响神经元网络建模,导致LAI反演精度下降。 相似文献
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我国4种主要苹果树形冠层结构和辐射三维分布比较研究 总被引：3，自引：0，他引：3
树体结构和辐射分布是影响果树冠层光合生产力和果实产量品质的主要因素。本文以"富士"苹果(Malus domestica Borkh.cv.‘Fuji’)为试材,采用田间调查方法,系统研究了我国苹果生产中4种主要树形的树体结构参数以及叶面积密度(LAD)和光合有效辐射(PAR)的三维分布特征。结果表明,开心形树冠的枝量(894×103·hm-2)和叶面积指数(LAI,2.53)最小,其他3种树形中小冠疏层形分别为2 280×103·hm-2、4.14,疏散分层形分别为2 119×103·hm-2、3.98,纺锤形分别为2 190×103·hm-2、3.88。不同树形LAD三维分布各不相同,小冠疏层形苹果树的叶片主要分布在树冠的0.5~1.5 m之间,疏散分层形和纺锤形主要分布在0.5~2.0 m之间,开心形主要分布在1.0~2.0 m之间。通过对不同树形LAD和PAR三维分布比较发现,每种树形的PAR都随树冠深度的增加而降低,在树冠中部LAD最大部位辐射消减最快,PAR的三维分布主要与叶片分布有关。其中开心形树冠的平均PAR最高,分布最均匀。4种树冠内叶片得到的平均相对PAR小冠疏层形为24.85%,疏散分层形为28.84%,纺锤形为27.71%,开心形为37.28%。开心形树冠内低光区的叶片所占比例只有35%,其他树形都超过50%。研究表明,不同相对PAR范围内的叶片比例能够更好地反映果树冠层的辐射情况,开心形树冠在辐射分布上优于其他3种树形。 相似文献
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《Agricultural and Forest Meteorology》2004,121(3-4):207-225
A two-dimensional, hourly or daily time step model was developed, which takes canopy characteristics and row orientation into account to simulate solar radiation interception in hedgerow orchards. In order to determine the spatial and temporal distribution of soil irradiance across the tree row, the canopy path length through which the radiation must travel to reach a certain point on the soil surface is calculated. The model assumes leaves to be uniformly distributed within an ellipsoid, and radiation penetrating the canopy is attenuated according to Beer’s law. Beam or direct radiation and diffuse radiation for the PAR (photosynthetically active radiation) and NIR (near-infrared radiation) wavebands are calculated separately, as they interact differently with the canopy. The attenuation of beam radiation by the canopy is strongly dependent on canopy dimensions and architecture, zenith and azimuth angle, as well as row orientation. Radiation can penetrate neighbouring rows, so two rows on either side of the simulated row are considered. Validation of the model was carried out for a wide range of conditions (crops, row orientation, canopy density, tree size and shape). Field measurements included solar radiation, soil irradiance at different distances from the tree row with tube solarimeters, leaf area density, as well as canopy size and row orientation. Model predictions of soil irradiance were excellent in orchards with symmetrical and elliptical canopies having a uniform leaf distribution. In orchards where the canopy was non-symmetric and/or had non-uniform leaf distribution, errors in predictions of solar radiation transmittance occurred. As a result of these discrepancies, the overall MAE was 40% of the average measured value of radiant transmittance over the whole day. 相似文献
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为提高长时间序列叶面积指数测定模型的模拟精度,该文设计一种可以长期在野外间接测量叶面积指数仪器,仪器由太阳能提供持久电能,利用单片机控制垂直水平舵机,带动光强传感器记录多角度光线强度,在2台仪器同时测量的情况下,获得光线透过林分冠层多角度光强衰减率,通过编写计算程序解算林分叶面积指数。使用商品化光学仪器LAI-2200验证该仪器测量精度,对24块样地叶面积指数进行测量,两仪器测量结果高度吻合R2为0.927,绝对标准误差为0.36。长时间野外叶面积指数自动测量获取数据可节省人力、减少人为误差。 相似文献
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为研究作物群体结构与环境要素的关系，观测了日光温室内黄瓜不同生育时期的群体结构参数和群体内太阳总辐射的水平分布和垂直分布。发现叶面积指数、叶面积密度、叶倾角、叶方位角等结构要素在不同生育时期有明显的变化：随生育的进展，叶面积指数稳定增加，叶面积密度生育前期明显上升、后期有所下降，最大叶面积密度所在高度随黄瓜生长逐渐上移；叶倾角分布主要以水平叶为主；叶方位角以偏南居多，偏北叶所占比例较少；不同黄瓜品种间叶方位角和叶倾角也存在差异。这些变化与差异对黄瓜群体的辐射分布有重要影响，也直接影响群体叶的光合速率，此结果可为建立黄瓜群体辐射分布模型进一步优化日光温室结构，建立日光温室内作物生长模型、环境调节控制策略等提供理论依据，另外，对植株的调控技术(如整枝打杈技术等)也有一定的参考意义。 相似文献
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黄土半干旱区不同密度人工白榆林消光特性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
通过对山西省方山县不同密度人工白榆林（Ulmuspumila）5-10月典型晴天净辐射在林冠内垂直分布的实测资料分析,根据BeerLambert方程,结合林分生长季内的叶面积指数动态变化,研究了密度为1.5m×2m和1.5m×4m的白榆林消光系数的日变化过程和季变化过程,同时对影响消光系数的因素进行分析。结果表明:消光系数的日变化过程主要受太阳高度角的影响,而季变化过程主要受叶面积指数的影响;密度对消光系数的影响主要是通过对林冠结构的调整而实现的。 相似文献
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Spatial variability of photosynthetically active radiation in European beech and Norway spruce 总被引：1，自引：0，他引：1
The vertical and horizontal variability of solar radiation within a mature European beech (Fagus sylvatica L.)-Norway spruce (Picea abies [L.] Karst) mixed stand in Southern Germany is investigated. A large dataset with more than one million spectral measurements of photon fluence rates at six vertical levels within the stand is analyzed with respect to tree species, meteorological sky conditions, and the influence of solar elevation angle on canopy penetration. Irradiance probability density functions of the photosynthetically active waveband are used to describe the three-dimensional radiation field. For a quantification of umbra, penumbra, and sunfleck frequencies, in-canopy fractions of photon fluence rates within the photosynthetically active waveband are investigated. Different phenological stages of beech and their effects on the in-canopy light climate are compared. The results show that during overcast conditions (OVC) fractions of photosynthetically active radiation (PAR) are higher at all canopy levels than during clear sky (CS) conditions due to their exclusively diffuse character. The lowest median PAR level of less than 1% of above-canopy PAR can be observed in the shade crown of beech and at ground level. More PAR can penetrate the canopy at a higher solar elevation under CS conditions. This effect is more pronounced for spruce than for beech due to the conical crown shape of the conifers that allows photons from higher angles to enter the gaps inbetween trees in contrast to the more homogeneously closed beech canopy. Solar elevation is not an important factor at uniformly overcast conditions. Differences in the vertical distribution of umbra and penumbra can be detected when comparing species or different sky conditions. The frequency of sunflecks differs more by species and by the vertical position within the canopy than by sky condition. 相似文献
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The properties of sunflecks in alfalfa canopies and their relationship to turbulence were quantified from measurements of light fluctuations and winds. Winds were measured above the canopy at 10 Hz, while light was measured at rates as high as 27 Hz inside the canopy. Power spectral analyses were used to determine the importance of various time scales of light fluctuations. Under all wind conditions a prominent spectral peak ranging from 1 to 2 Hz was observed for photosynthetically active radiation (PAR) in the canopy at LAI of 1.7. As mean winds increased from 1 to 7 ms−1, the peak broadened and large increases were observed in the contribution of higher frequencies up to 10 Hz. The slope of spectral densities of PAR at the higher frequencies exhibited a linear relationship with the friction velocity or intensity of turbulence above the canopy. This implies that certain properties of sunflecks may be evaluated from measured properties of turbulence.The most prominent peaks in the PAR power spectra are likely due to stalk waving, which is triggered by gusts or turbulent structures. The strong damping effects of plants on the resonant interactions, as well as leaf flutter, account for the broad, flat peak under windy conditions. The frequency of leaf flutter is considered to be the main factor governing the slope of the linear portion of the PAR spectrum. 相似文献