基于高光譜成像與機器學(xué)習(xí)的馬鈴薯生物量及植株氮含量反演研究

摘要

關(guān)鍵詞

一、引言

馬鈴薯作為重要糧食與經(jīng)濟作物,，其生長狀態(tài)監(jiān)測對高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培意義重大,。生物量與植株氮含量是反映生長狀況的關(guān)鍵指標(biāo) 。高光譜遙感技術(shù)可捕捉作物光譜特征,，結(jié)合機器學(xué)習(xí)模型,，有望實現(xiàn)快速、無損監(jiān)測,。本研究利用高光譜成像系統(tǒng),，開展馬鈴薯田間試驗，探究不同生育期生物量和 PNC 的反演模型,，為馬鈴薯數(shù)字化管理提供依據(jù),。

二、材料與方法

2.1 試驗設(shè)計

試驗于北京市小湯山實驗基地開展,，設(shè)置種植密度,、氮素、鉀肥等試驗小區(qū)（圖 1 ）,，種植馬鈴薯品種為中薯 3 ,、中薯 5 ，覆蓋現(xiàn)蕾期,、塊莖形成期,、塊莖增長期、淀粉積累期等生育期 ,。

2.2 數(shù)據(jù)采集

采用搭載 UHD185 的高光譜成像系統(tǒng)（圖 2 ）獲取馬鈴薯冠層光譜數(shù)據(jù),，同步采集樣品，測定生物量與植株氮含量 ,。

2.3 數(shù)據(jù)分析

計算多種植被指數(shù)（NDVI,、PBI 等 ），分析其與生物量（圖 3 ）,、PNC 的相關(guān)性（圖 4 ）,，通過 VIP 篩選關(guān)鍵植被指數(shù)（圖 5 ）。利用 DNN,、PLSR,、ENR、RR,、SVR 模型構(gòu)建反演模型,，以 \(R^2\)、RMSE,、NRMSE 評估模型性能（圖 6 ）,，并驗證.

3.1 植被指數(shù)與生物量、PNC 相關(guān)性

不同植被指數(shù)與生物量,、PNC 相關(guān)性存在差異（圖 4 ）,。部分植被指數(shù)（如 SR、NDVI 等 ）在特定生育期與生物量,、PNC 顯著相關(guān),，為模型構(gòu)建提供基礎(chǔ) 。VIP 分析篩選出對生物量和 PNC 反演貢獻(xiàn)較大的植被指數(shù)（圖 5 ）,，可簡化模型輸入 ,。

3.2 模型反演結(jié)果

四、結(jié)論

以象科技作為一家由西安光機所光學(xué)博士團隊,、行業(yè)資深專家、光譜軟件算法團隊以及光學(xué)應(yīng)用博士等多元專業(yè)力量共同發(fā)起創(chuàng)立的科技型企業(yè),，在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出了非凡的潛力與強勁的實力,，正逐步成為行業(yè)內(nèi)的一顆璀璨新星。

其團隊成員憑借深厚的學(xué)術(shù)造詣與豐富的實踐經(jīng)驗,，構(gòu)建起了一座堅實的技術(shù)堡壘,。西安光機所光學(xué)博士團隊深入鉆研光學(xué)核心原理，在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計,、優(yōu)化以及創(chuàng)新方面持續(xù)發(fā)力,，致力于打造出具有性能與高精度的光學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu)。行業(yè)資深專家則猶如敏銳的市場領(lǐng)航員,，他們憑借對行業(yè)發(fā)展脈絡(luò)的精準(zhǔn)把握以及對市場需求變化的前瞻性洞察,，為公司的產(chǎn)品戰(zhàn)略布局指明方向，確保每一款產(chǎn)品都能精準(zhǔn)對接市場痛點,，在激烈的市場競爭中脫穎而出,。光學(xué)應(yīng)用博士則專注于探索光學(xué)技術(shù)在各個實際領(lǐng)域的落地應(yīng)用，他們深入挖掘產(chǎn)品在不同場景下的潛在用途,，從生物醫(yī)學(xué)到工業(yè)制造,，從環(huán)境監(jiān)測到農(nóng)業(yè)科技，不斷拓展產(chǎn)品的應(yīng)用邊界,，讓光學(xué)技術(shù)真正造福于人類社會的各個角落,。

在產(chǎn)品層面，以象科技目前已成功投產(chǎn)并推向市場的可見光,、近紅外,、短波中紅外高光譜相機，無疑是其技術(shù)實力的集中體現(xiàn)。這不僅為國內(nèi)相關(guān)行業(yè)提供了更為可靠,、性價比更高的光學(xué)設(shè)備選擇,，還在一定程度上推動了我國光學(xué)技術(shù)自主創(chuàng)新的進(jìn)程，提升了我國在全球光學(xué)產(chǎn)業(yè)價值鏈中的地位,。

此外,，公司經(jīng)營的激光共聚焦、激光散斑血流成像儀,、光譜儀等光學(xué)產(chǎn)品，也均在各自的領(lǐng)域內(nèi)展現(xiàn)出了的優(yōu)勢與性能,。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果,，在生物醫(yī)學(xué)微觀成像領(lǐng)域成為科研人員探索生命奧秘的得力助手；激光散斑血流成像儀能夠精準(zhǔn)地監(jiān)測微循環(huán)血流變化,，為醫(yī)學(xué)臨床診斷和疾病研究提供了重要的參考依據(jù),；光譜儀則憑借其對物質(zhì)光譜特性的精確分析能力，在材料成分分析,、環(huán)境污染物監(jiān)測以及食品安全檢測等領(lǐng)域發(fā)揮著作用,。

以象科技秉持著集研發(fā)、生產(chǎn),、銷售于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈運營模式,，展現(xiàn)出了強大的綜合實力與協(xié)同效應(yīng)。其研發(fā)中心坐落于西安這充滿科技活力與創(chuàng)新氛圍的城市,，依托當(dāng)?shù)刎S富的科研資源與人才優(yōu)勢,，持續(xù)不斷地投入大量資源進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，為公司的產(chǎn)品迭代升級和技術(shù)突破提供了源源不斷的動力源泉,。

與此同時,，公司精心構(gòu)建的銷售網(wǎng)絡(luò)如同一張緊密交織的大網(wǎng)，全面覆蓋全國各個地區(qū),，確保了產(chǎn)品能夠快速,、高效地觸達(dá)每一位客戶手中。而完善的售后服務(wù)機構(gòu)則像是一位貼心的守護者,，隨時為客戶提供多層次的技術(shù)支持與售后服務(wù)保障,，讓客戶在使用產(chǎn)品的過程中無后顧之憂，進(jìn)一步增強了客戶對公司品牌的信任度與忠誠度,。

以象科技憑借其團隊,、創(chuàng)新的產(chǎn)品以及完善的運營模式，在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域正穩(wěn)步前行,，未來有望在國內(nèi)乃至全球市場上取得更為輝煌的成就,，為推動光學(xué)科技的進(jìn)步與應(yīng)用普及做出更多的貢獻(xiàn)。

以象科技由西安光機所光學(xué)博士團隊，行業(yè)資深專家,，光譜軟件算法團隊,，光學(xué)應(yīng)用博士等相關(guān)人員共同發(fā)起成立的科技型公司，目前投產(chǎn)市場可見光,、近紅外,、短波中紅外高光譜相機，實現(xiàn)國產(chǎn)化,，突破進(jìn)口技術(shù)壁壘,，打破進(jìn)口短波紅外高光譜相機的技術(shù)限制。

以象科技是一家集研發(fā),、生產(chǎn),、銷售于一體的科技型公司。目前經(jīng)營產(chǎn)品有激光共聚焦,，激光散斑血流成像儀,，光譜儀，高光譜相機等光學(xué)產(chǎn)品,。研發(fā)中心設(shè)立于西安,，銷售網(wǎng)絡(luò)、完善售后服務(wù)機構(gòu)設(shè)立覆蓋全國,。

以象科技作為一家由西安光機所光學(xué)博士團隊,、行業(yè)資深專家、光譜軟件算法團隊以及光學(xué)應(yīng)用博士等多元專業(yè)力量共同發(fā)起創(chuàng)立的科技型企業(yè),，在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)出了非凡的潛力與強勁的實力,，正逐步成為行業(yè)內(nèi)的一顆璀璨新星。

其團隊成員憑借深厚的學(xué)術(shù)造詣與豐富的實踐經(jīng)驗,，構(gòu)建起了一座堅實的技術(shù)堡壘,。西安光機所光學(xué)博士團隊深入鉆研光學(xué)核心原理，在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計,、優(yōu)化以及創(chuàng)新方面持續(xù)發(fā)力,，致力于打造出具有性能與高精度的光學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu)。行業(yè)資深專家則猶如敏銳的市場領(lǐng)航員,，他們憑借對行業(yè)發(fā)展脈絡(luò)的精準(zhǔn)把握以及對市場需求變化的前瞻性洞察,，為公司的產(chǎn)品戰(zhàn)略布局指明方向，確保每一款產(chǎn)品都能精準(zhǔn)對接市場痛點,，在激烈的市場競爭中脫穎而出,。光學(xué)應(yīng)用博士則專注于探索光學(xué)技術(shù)在各個實際領(lǐng)域的落地應(yīng)用，他們深入挖掘產(chǎn)品在不同場景下的潛在用途,，從生物醫(yī)學(xué)到工業(yè)制造,，從環(huán)境監(jiān)測到農(nóng)業(yè)科技，不斷拓展產(chǎn)品的應(yīng)用邊界，讓光學(xué)技術(shù)真正造福于人類社會的各個角落,。

在產(chǎn)品層面,，以象科技目前已成功投產(chǎn)并推向市場的可見光、近紅外,、短波中紅外高光譜相機,，無疑是其技術(shù)實力的集中體現(xiàn)。這不僅為國內(nèi)相關(guān)行業(yè)提供了更為可靠,、性價比更高的光學(xué)設(shè)備選擇,，還在一定程度上推動了我國光學(xué)技術(shù)自主創(chuàng)新的進(jìn)程，提升了我國在全球光學(xué)產(chǎn)業(yè)價值鏈中的地位,。

此外,，公司經(jīng)營的激光共聚焦、激光散斑血流成像儀,、光譜儀等光學(xué)產(chǎn)品，也均在各自的領(lǐng)域內(nèi)展現(xiàn)出了的優(yōu)勢與性能,。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果,，在生物醫(yī)學(xué)微觀成像領(lǐng)域成為科研人員探索生命奧秘的得力助手；激光散斑血流成像儀能夠精準(zhǔn)地監(jiān)測微循環(huán)血流變化,，為醫(yī)學(xué)臨床診斷和疾病研究提供了重要的參考依據(jù),；光譜儀則憑借其對物質(zhì)光譜特性的精確分析能力，在材料成分分析,、環(huán)境污染物監(jiān)測以及食品安全檢測等領(lǐng)域發(fā)揮著作用,。

以象科技秉持著集研發(fā)、生產(chǎn),、銷售于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈運營模式,，展現(xiàn)出了強大的綜合實力與協(xié)同效應(yīng)。其研發(fā)中心坐落于西安這充滿科技活力與創(chuàng)新氛圍的城市,，依托當(dāng)?shù)刎S富的科研資源與人才優(yōu)勢,，持續(xù)不斷地投入大量資源進(jìn)行技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，為公司的產(chǎn)品迭代升級和技術(shù)突破提供了源源不斷的動力源泉,。

與此同時,，公司精心構(gòu)建的銷售網(wǎng)絡(luò)如同一張緊密交織的大網(wǎng)，全面覆蓋全國各個地區(qū),，確保了產(chǎn)品能夠快速,、高效地觸達(dá)每一位客戶手中。而完善的售后服務(wù)機構(gòu)則像是一位貼心的守護者,，隨時為客戶提供多層次的技術(shù)支持與售后服務(wù)保障,，讓客戶在使用產(chǎn)品的過程中無后顧之憂，進(jìn)一步增強了客戶對公司品牌的信任度與忠誠度。

以象科技憑借其團隊,、創(chuàng)新的產(chǎn)品以及完善的運營模式,，在光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域正穩(wěn)步前行，未來有望在國內(nèi)乃至全球市場上取得更為輝煌的成就,，為推動光學(xué)科技的進(jìn)步與應(yīng)用普及做出更多的貢獻(xiàn),。