Estimation of leaf nitrogen content of Carya illinoensis using Fractional-Order Derivative of canopy-scale hyperspectral data

XU Jiajia ,  

YU Lei ,  

FU Genshen ,  

YAN Lipeng ,  

HUANG Qingfeng ,  

TANG Xuehai ,  

摘要

يمكن استخدام محتوى النيتروجين في أوراق النبات كمؤشر لحالة التغذية والنمو للنباتات. يمكن تقدير المؤشرات الفيزيولوجية والكيميائية للنباتات بكفاءة عالية وبدون أذى باستخدام تقنية الطيف الكامل. يمكن أن توفر البيانات القابلة للتحقق تقديرًا موثوقًا للمواد الغذائية والحالة الصحية للنباتات خلال عملية نموها وتطورها. من أجل استكشاف إمكانيات تطبيق تقنية الطيف الكامل في تقدير محتوى العناصر الغذائية في جوز الهانوفرية الرقيقة ، استخدمت هذه الدراسة جوز الهانوفرية الرقيقة (سلالات Changlin و Jiande) ككائن للدراسة ، حيث تم جمع الطيف الكامل للغطاء النباتي لـ 53 نباتًا من جوز الهانوفرية الرقيقة في الهواء الطلق بشكل عشوائي بطول الموجة 350-2500 نانومتر ، ثم استخدم المشتق الجزئي من الدرجة الأولى الذي يمثل به الطيف الكامل للغطاء النباتي في المعالجة المسبقة للطيف الكامل. ثم عمل على استكشاف العلاقة بين محتوى النيتروجين في أوراق جوز الهانوفرية الرقيقة والطيف الكامل من خلال جمع الطيف المشتق الجزئي من الدرجة الأولى بالتزامن مع اثنين من المؤشرات الطيفية. أخيرًا ، تم استخدام خوارزمية تحليل تجميع مجموعة المتغيرات VCPA لتصنيف المتغيرات وبناء نموذج لتقدير محتوى النيتروجين في أوراق جوز الهانوفرية الرقيقة باستخدام خوارزمية XGBoost للتعزيز الشديد للمنحنيات المتطرفة ، والذي يعتمد على الظروف التجريبية لهذه الدراسة. تشير النتائج إلى أن العلاقة بين طيف الغطاء النباتي بعد المعالجة المسبقة ومحتوى النيتروجين في أوراق جوز الهانوفرية الرقيقة قوية بشكل أكبر من الطيف الأصلي ، مع زيادة بنسبة 0.152. فيما يتعلق بتحسين العلاقة بين خصائص الطيف والمكونات المستهدفة ، فإن أداء تشتت الطيف الأولي بالتزامن مع مؤشر الطيف الطيفي الموحد يظهر أفضلية أكبر من أداء الموجات الفردية بازدياد نسبة 0.250 و 0.277 على التوالي. لاختيار المتغيرات النهائية ، تحديد مجموعة العناصر الطيفية الفرعية التي تتضمن معلومات قوية وضعيفة وذلك لتحسين دقة نموذج التقدير. أما نموذج تقدير محتوى النيتروجين المثلى لجوز الهانوفرية الرقيقة في ظروف هذه الدراسة هو النموذج الذي يستند إلى المشتق الجزئي من الدرجة الأولى المزدوج مع نموذج DSI مما أدى إلى R2= 0.75، RMSEP=1.32 ج/كجم. وبناءً على النتائج ، يمكن استخدام الطيف الكامل بشكل سريع وبدون أذى لتقدير محتوى النيتروجين في جوز الهانوفرية الرقيقة ، والمشتق الجزئي من الدرجة الأولى وجمع المؤشرات الطيفية قادرين على تحسين بشكل ملحوظ تأثير الطيف مع المتغيرات المستهدفة.

关键词

Carya illinoensis;canopy scale;hyperspectral remote sensing;nitrogen;fractional order derivative;spectral index;Variable combination population analysis;machine learning

阅读全文