汪国平
- 作品数：14 被引量：48H指数：5
- 供职机构：中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中央高校基本科研业务费专项资金更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术农业科学环境科学与工程轻工技术与工程更多>>
- 铅离子胁迫下盆栽玉米叶片光谱微分的红边响应研究被引量：4
- 2016年
- 基于重金属铅(Pb)污染的盆栽实验玉米,采用光谱仪和叶绿素仪测量了不同浓度Pb^(2+)胁迫下玉米老、中、新叶片的反射光谱及其叶绿素含量;也运用质谱仪测定了不同胁迫浓度叶片中Pb^(2+)含量。对玉米老、中、新叶片中的叶绿素含量与各类叶片及土壤中的Pb^(2+)浓度进行了相关性分析;并为了区分玉米叶片铅离子污染程度和预测Pb^(2+)含量,提出了红边一阶微分曲线面积比值(FARR)和红边一阶微分峰前面积(FABR)参数;同时与常规红边一阶微分包围面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、红边位置(REP)以及红边最大值(MR)作运用比较,实验结果表明,玉米叶片中的叶绿素含量从新叶、中叶到老叶逐渐增加,并随着土壤中Pb^(2+)浓度的升高而降低;受到Pb^(2+)胁迫时,新叶片到老叶片的REP"蓝移"更为明显;FARR和FABR在Pb^(2+)的胁迫程度区分和污染监测方面比FAR、FCDR、REP、MR具有更好的预测效果。
- 杨可明卓伟张婉婉汪国平刘二雄
- 关键词：盆栽玉米红边参数铅离子污染监测
- HHT时频分析土壤光谱的重金属铜离子污染信息提取模型被引量：5
- 2018年
- 土壤中不同浓度Cu^(2+)含量映射到土壤光谱上的信息量十分微弱,并且这些高光谱数据中也存在着难以避免的噪声,因而本研究的关键是如何在土壤光谱复杂的噪声环境中提取微弱Cu^(2+)信息。经验模态分解算法(EMD)能够有效去除高光谱数据中的噪声,且EMD是Hilbert变换对"非线性非稳定"信号时频分析的前提,当引入Huang变换后,可利用Hilbert-Huang变换(HHT)模型时频分析高光谱数据以实现降噪处理与信息提取。通过时频的HHT分析不同浓度Cu^(2+)污染下的土壤光谱,完成从原始光谱经EMD分解出各本征模态函数(IMF)分量的包络线、调制信号和频谱等曲线中挖掘土壤光谱的Cu^(2+)污染信息。研究结果表明,相同浓度Cu^(2+)污染时的土壤光谱HHT时频分析结果相同,不同浓度时则不同,所以也可依据IMF分量反演土壤Cu^(2+)含量。因此,高光谱数据的HHT时频分析能为土壤光谱的信息挖掘、光谱诊断和Cu^(2+)含量反演等提供一种新的方法和思路。
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- 关键词：土壤光谱希尔伯特-黄变换时频分析
- 基于光谱特征参数与主成分分析的玉米叶片叶绿素含量BP反演被引量：1
- 2016年
- 利用美国SVC HR-1024I型地物光谱仪对盆栽玉米叶片进行光谱测定,同时用SPAD-502叶绿素仪测定叶片的叶绿素含量。基于实测光谱的微分处理结果,获取光谱位置、光谱面积、植被指数3个方面的11个光谱特征参数(spectral characteristic parameters,SCP),分析这11个SCPs与叶绿素含量的相关性,并对这些参数进行主成分分析(principal component analysis,PCA);然后,利用这11个SCPs及其PCA结果建立误差反向传播(error back propagation,BP)神经网络输入因子,并构建了玉米叶片叶绿素含量BP反演模型(简称SCP-PCA-BP模型)。另外,选取与叶绿素含量相关性较高的8个SCP,建立常规的线性回归模型并预测叶绿素含量。反演结果表明:SCP-PCA-BP反演的预测值与实测值之间的决定系数(r2)达到0.968 7,均方根误差(RMSE)为0.893 9;而用线性回归模型反演时,只有基于SCP中微分光谱蓝边面积、面积比值、归一化面积参数的预测效果较好,其中归一化面积的预测效果最好,预测值与实测值之间r2为0.704 0,RMSE为2.895。因此可知,与常规的线性回归模型相比,SCP-PCA-BP反演模型在预测玉米叶片叶绿素方面具有更好的预测效果。
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- 关键词：主成分分析玉米叶片叶绿素含量
- 基于EMD-SD光谱的玉米叶片叶绿素含量GA-BP模型反演被引量：3
- 2016年
- 叶绿素是作物进行光合作用所需的主要色素,BP神经网络(BPNN)是较为新颖的反演叶绿素含量的方法。为研究反演精度更高的叶绿素含量反演模型,将经验模态分解(EMD)与光谱微分(SD)结合来提高输入因子与叶绿素含量的相关性,并使用遗传算法(GA)优化BPNN得到GA-BP模型以获得最优初始权值阈值。将光谱数据EMD后进行一阶微分变换得到EMD-SD光谱,选择与叶绿素含量相关系数超过0.6的5个波段处的EMD-SD值作为GA-BP模型的输入因子,隐含层节点数为7,多次训练取最优个体适应度值最低的GA-BP模型来反演玉米叶片叶绿素含量。GA-BP模型反演得到的预测值与实测值之间的判定系数(R2)最高,达到0.818,均方根误差(RMSE)仅为2.442,平均相对误差(e)为5.436%。研究表明,EMD-SD光谱作为GA-BP模型的输入因子,与线性模型MLR和未优化的BP模型相比反演精度最高,验证了基于EMD-SD光谱的GA-BP模型提高玉米叶片叶绿素含量反演精度的可行性。
- 张婉婉杨可明汪国平刘二雄刘聪
- 关键词：叶绿素含量BP神经网络
- 苹果轻微机械损伤高光谱图像无损检测被引量：7
- 2016年
- 无损检测是高光谱遥感应用研究热点之一。苹果在采摘、运输过程中易发生轻微机械损伤而影响其品质。使用高光谱成像系统分别采集54个轻微损伤的“黄香蕉”与“烟台富士”苹果可见-近红外波段（400～1 000 nm）的图像,提取苹果损伤区域的均值波谱曲线,对其进行最小噪声分离变换和基于几何顶点端元原理提取端元波谱,计算损伤区域波谱和端元波谱的光谱角,构建了端元提取光谱角苹果轻微机械损伤检测模型。通过设定光谱角阈值分别检测“黄香蕉”与“烟台富士”苹果轻微机械损伤,并与MNF变换、PCA方法检测精度进行对比分析,结果表明EESA模型检测苹果轻微机械损伤的精度最高,检测正确率分别达到94.44%和90.07%。
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- 关键词：高光谱遥感端元提取光谱角无损检测
- 玉米叶绿素含量高光谱反演的线性模型研究被引量：5
- 2015年
- 叶绿素含量是衡量植被生长状况的一个重要指标,高光谱数据具有较高的光谱分辨率,利用其光谱信息建立叶绿素含量的关系模型,已成为监测植被长势的一种有效手段。传统叶绿素含量线性回归模型的输入因子是植被特征提取参数,由于高光谱数据波段间的冗余度较高,导致一般的线性模型的反演精度较低。主成分分析可以减少数据的维数,简化网络结构,得出能反映原始信息的综合变量。本文以盆栽玉米为研究对象,利用植被特征和主成分分析方法提取光谱反演参数,根据所提取的参数建立玉米叶片叶绿素含量的一元线性和多元线性回归模型。结果表明,利用绿峰峰值和近红外反射率均值两参数可在一元线性模型中较好地反演玉米叶片叶绿素含量;而利用分波段提取的主成分能够在多元线性回归模型中更好地反演叶绿素含量,反演精度较高。
- 孙阳阳汪国平杨可明卓伟张婉婉
- 关键词：玉米叶绿素含量光谱参数主成分分析线性回归模型
- 铜铅重金属胁迫下玉米光谱分形维数与污染监测研究被引量：4
- 2016年
- 通过设定不同浓度梯度的重金属Cu、Pb胁迫下的玉米盆栽试验,利用美国高性能地物光谱仪SVC HR-1024I对不同浓度铜铅污染的玉米老、中、新叶片进行光谱测量,同时采用SPAD-502叶绿素含量测定仪测定各类叶片中叶绿素含量相对值,并通过化学方法测定不同胁迫程度下玉米叶片中的铜铅含量。在分析玉米叶片中Cu、Pb含量与光谱曲线的绿峰高度（GH）、红谷深度（RD）、蓝边（DB）、红边最大值（MR）、红边面积（FAR）、红边一阶微分曲线陡峭度（FCDR）之间相关性的基础上,利用分形理论对叶片410~780 nm之间的光谱曲线进行分形测量,提出运用光谱曲线分形维数（FRAC）对受不同浓度重金属铜铅污染的玉米叶片进行污染监测,同时对相同浓度铜铅胁迫下的老、中、新叶片也进行了光谱响应研究。结果表明,随着叶片中重金属含量增加光谱曲线分形维数也逐渐增大,同等浓度重金属铜铅胁迫程度下,分形维数从新叶到老叶逐渐减小,并且发现光谱曲线分形维数与绿峰高度、红谷深度、红边面积具有较好的相关性,说明光谱曲线分形维数不仅可以综合描述曲线的光谱特性,还能定量反映玉米叶片受重金属铜铅污染程度及其健康状况。因此,光谱曲线分形维数可以作为玉米叶片重金属污染监测的一种新方法。
- 杨可明卓伟张婉婉汪国平刘二雄
- 关键词：盆栽玉米重金属胁迫分形维数光谱特性污染监测
- 重金属铅离子胁迫下玉米叶片光谱弱差信息的DSAT甄别模型被引量：6
- 2016年
- 光谱间微弱信息测度是当今高光谱遥感研究难点之一,传统光谱测度方法难以区分光谱信息的微弱差异。研究设计了不同浓度的铅(Pb)污染实验,并测量了不同浓度铅离子(Pb^(2+))胁迫下玉米叶片的高光谱反射率、叶绿素含量及pb^(2+)含量,但是从所测结果得出,不同浓度pb^(2+)胁迫下的光谱相似性相关系数均达到0.999,难以区分不同浓度Pb^(2+)胁迫引发的光谱间微弱信息差异和污染程度。针对这一情况,基于光谱微分处理、正切函数增强、光谱角量度与波谱分段检测等,提出了一种新型的相似光谱测度方法,即微分光谱角正切(derivative spectral angle tangent,DSAT)法。为了验证DSAT在区分相关系数达0.99以上相似光谱的可行性和有效性,将DSAT用于不同浓度Pb^(2+)胁迫玉米叶片的整体波形与光谱区间子波形的信息差异性度量与检测。实验结果得到,波形差异信息与玉米叶片中叶绿素相对浓度与pb^(2+)含量显著相关。进而也证明DSAT法在甄别较高相似性光谱间差异上具有更好的实用性和优越性。
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- 关键词：光谱角正切函数玉米叶片重金属铅污染
- 基于SURF和顾及维数的高光谱影像端元提取新算法被引量：2
- 2016年
- 端元提取,丰度反演是高光谱遥感技术的重要内容,其中端元提取是关键的步骤。首次将特征提取算法speed-up robust features(SURF)引入到高光谱影像端元提取中。兼顾高光谱影像丰富的光谱信息改进了SURF算法,提出了在多维尺度空间内寻找极值点作为端元的高光谱影像端元提取新算法,即多维SURF(multi-dimensional speed-up robust features,MDSURF)算法;将其应用于美国EO—1卫星获取的云南中甸普朗地区的Hyperion高光谱影像,并成功提取了影像端元。为了进一步验证结果的可靠性,设计两组对比实验,分别利用N-FINDR和连续最大角凸锥(sequential maximum angle convex cone,SMACC)算法在同等条件下提取实验影像的端元,然后对三种方法的结果进行综合评价和分析,得出MD-SURF算法提取端元的观感效果较好、精度最高、质量最好。提出了一种新的高光谱影像端元提取算法,实验结果表明新方法具有精度高、鲁棒性好等特点,证明了基于新物理机理的MD-SURF算法是一种可行的高光谱端元提取算法。
- 杨可明刘二雄张婉婉汪国平夏天
- 关键词：端元提取
- 利用高光谱微分方法检测苹果轻微损伤被引量：1
- 2016年
- 为快速有效检测不同品种苹果轻微损伤,以‘金冠’、‘花牛’、‘富士’和青苹果各54个轻微损伤果为研究对象,采用高光谱图像技术获得各个苹果可见-近红外（400~1 000nm）波段的图像,结合光谱微分技术选取波谷的9个波长（556、617、664、706、763、832、880、906、938nm）为特征波长,然后基于特征波长进行最小噪声分离（Minimum Noise Fraction,MNF）变换,筛选出苹果轻微损伤的特征图像并通过阈值分割、形态学运算等方法识别苹果轻微损伤部位。结果表明,该方法识别‘金冠’、‘花牛’、‘富士’和青苹果轻微损伤部位的准确率分别为92.6%、88.9%、85.2%、85.2%。由此可见,利用高光谱微分方法可以快速有效地检测不同品种的苹果轻微损伤,且苹果的颜色越深、硬度越大、纹理越杂乱,检测精度越低。
- 尤笛蒋金豹张政汪国平
- 关键词：高光谱成像
