基于卫星光谱尺度反射率的冬小麦生物量估算

摘要：

为探索基于光学卫星遥感数据的冬小麦地上生物量估算方法,该研究通过3 a田间试验,获取冬小麦4个关键生育期(拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期)和3种施氮水平下的地上生物量以及对应的近地冠层高光谱反射率数据.通过将高光谱数据重采样为具有红边波段的RapidEye、Sentinel-2和WorldView-2卫星波段反射率数据,构建任意两波段归一化植被指数.同时,将卫星波段反射率数据与6种机器学习和深度学习算法相结合,构建冬小麦生物量估算模型.研究结果表明:任意两波段构建的最佳植被指数在冬小麦开花期对生物量的敏感性最强(决定系数R2为0.50～0.56).在不同施氮水平条件下,高施氮水平增强了植被指数对生物量的敏感性.Sentinel-2波段数据所构建的植被指数优于其他两颗卫星波段数据.对6种机器学习和深度学习算法,总的来说,基于深度神经网络(Deep Neural Networks,DNN)算法所构建的模型要优于其他算法.在单一生育期中,在拔节期(R2为0.69～0.78,归一化均方根误差为26％～31％)和开花期(R2为0.69～0.70,归一化均方根误差为24％～25％)的估算精度最高.Sentinel-2波段数据与DNN算法结合的估算精度最高,在全生育期中预测精度R2为0.70.施氮水平的提高同样增强了DNN模型的估算精度,3颗卫星波段数据在300 kg/hm2施氮条件下的预测精度R2都在0.71及以上,均方根误差小于219 g/m2.研究结果揭示了光学卫星遥感数据在不同生育期和施氮条件下估算冬小麦生物量的潜力.

关键词：模型、生物量、冬小麦、RapidEye、Sentinel-2、WorldView-2

所属期刊栏目：38

分类号：S126(农业物理学)

资助基金：国家自然科学基金41801243

在线出版日期：2023-03-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：118-128