基于物候特征的植物光谱识别方法研究

光谱分析对于植物识别特征与机理研究具有重要意义,长期以来在植被光谱的叶绿素吸收特征、水分吸收特征、红边效应、光谱波形参数提取、波形转换、以及植被叶面结构和化学组份对光谱的影响方面进行了大量研究,而在植物因季节变化引起的叶面结构、叶绿素、叶面积指数变化而产生的光谱变化研究较少。通过开展对不同生活型、叶面结构与大小、物候特征的11类植物季节生长过程的地物光谱观测,提取植物的归一化植被指数NDVI、包络线去除后的绿波段最大光谱吸收深度、红波段最大光谱吸收深度参数,对该参数时间过程曲线的均值、变幅、斜率进行分析,研究植物生长期和成熟期特征参数的植物光谱可分性研究。提出了植被光谱区分度的参数运算方法,利用该参数进行植被识别能力分析。结果表明：植物生长过程的光谱特征比成熟期的光谱特征更容易区分。在相同参数对比中,生长期植物区分度比成熟期区分度高出三个点。在植物生长过程中,总体上植被的季节变幅区分度>斜率区分度>均值区分度,而对于NDVI参数季节变化,植物季节斜率区分度最大。所以利用植物的季节NDVI斜率、绿波段最大光谱吸收深度的季节变幅、红波段最大光谱吸收深度的季节变幅进行植物的识别效果最佳。     

植物叶片可见与近红外光谱反射率数据库的建立与主成分分析

可见与近红外波段光谱反射率数据库是颜色科学与技术和遥感目标地物分类识别领域等研究与应用的基础数据。主成分分析(PCA)在光谱数据分析、光谱重建、高光谱数据降维以及遥感图像分类等方面有广泛应用。测量并建立了云南公园常见绿化植物柳树、樟、红花檵木、蓝花楹等48种植物150条叶片从可见光到近红外波段光谱反射率数据库,波长范围400～1 000 nm、间隔4 nm。并且分别对可见与可见到近红外两种波段范围进行PCA研究。结果表明：不同植物叶片按照红、绿、黄相同色相的光谱反射率曲线基本相似;但对于同一种植物,在可见光波段400～700 nm,因为体内叶绿素、叶黄素、叶红素和花青苷含量的不同,光谱反射率曲线有较大的差异;在近红外波段700～1 000 nm,所有植物叶片光谱反射率仅仅是大小不同,而同一植物光谱反射率基本不随波长变化。PCA分析表明：在可见光和可见与近红外波段前三个主成分的累积贡献率分别达到98.62%和94.97%。数据库及其PCA分析结果将为自然物体光谱重建、多光谱成像技术和遥感目标地物分类识别等领域应用提供支撑。     

植被叶片生化组分的光谱响应特征分析

依据LOPEX’93数据,分别使用地表反射率光谱及其变化量以及光谱指数分析了鲜叶片叶绿素和水分含量的光谱响应。结果表明,在反射率光谱及其变化量的分析中,反射率的二阶导数对叶绿素具有较高的响应,对叶绿素响应较高的波段依次为600,700,670,410,490,500和440nm,这些波段区间能够较好地反映植被叶绿素的含量;反射率光谱经连续统去除后对叶片含水量具有较高的响应,对水分含量响应较高的波段依次为:1870,2130,2180,1820,2350和2120nm,分别对应着水分在短波红外波段的吸收波段。在光谱指数的分析方法中,光谱指数ND(normalized difference)对叶绿素含量较其他指数具有更高的响应,其相关系数为0.618;光谱指数Ratio975对叶片水分含量具有较高的响应,相关系数可达0.996。根据以上的响应分析,构建相关模型,对叶片中叶绿素和含水量开展地基反演实验,结果表明,基于地面光谱数据反演叶片中叶绿素和含水量可达到较高的精度。     

基于多光谱视觉传感技术的油菜氮含量诊断方法研究

实时、便捷、可靠的作物营养诊断方法是进行科学的作物施肥管理的基础,也是精确农业的关键技术之一。文章提出利用光谱技术分析不同养分水平的油菜在生长过程中的光谱反射特征,用包含绿、红和近红外三波段通道的电荷耦合器件(CCD)成像技术对植物叶面氮素营养进行非破坏性检测方法,目的是建立能准确反映植物营养状况的检测模型,实时过滤掉土壤噪声和气候条件等环境干扰,实现对植物营养成分进行快速、准确、非破坏性检测。通过试验建立了叶绿素仪数值和全氮含量在油菜中的数学关系模型,结果显示,利用绿、红和近红外三通道图像灰度和反射率关系的经验线性标定模型分析得到的油菜植被指数与叶绿素仪数值间的线性相关系数r可以达到0.927。     

近红外光谱技术快速鉴别蜂胶品种的可行性研究

不同植物源的蜂胶物质组成不同,其生理和药理活性也存在着一定的差异。目前主要是根据蜂胶中物质组成及其含量的不同来鉴别蜂胶植物源,存在着一些局限性。因此,建立一种快速、准确鉴别蜂胶植物源的方法具有重要的意义。以三种不同植物源的蜂胶(杨树型蜂胶、桦树型蜂胶和橡树型蜂胶)为研究对象,利用傅里叶变换近红外光谱仪对蜂胶的无水乙醇溶液进行光谱扫描,采用主成分分析结合马氏距离判别法和典型判别分析分别建立蜂胶品种的判别模型并对其性能进行检验。结果表明： 在经过光谱预处理和主成分分析后,得到最佳的光谱建模波段为4 500～12 000 cm-1,最佳的光谱预处理方法为一阶导数+Savitzky-Golay(7)平滑;主成分分析结合马氏距离判别法建立的判别模型校正集和检验集的判别准确率分别为93.62%和82.61%;典型判别分析建立的判别模型的判别准确率为91.4%,交叉检验的判别准确率为88.6%。由此可知,主成分分析结合马氏距离判别法与典型判别分析对蜂胶样品的分类效果均较好。近红外光谱技术结合化学计量学方法应用于蜂胶植物源的快速、准确鉴别具有一定的可行性和实用性。     

基于可见-近红外光谱的植物叶绿素含量无损检测方法研究

叶绿素含量是植物营养胁迫、光合作用能力和生长状况的良好指示剂。实时、可靠的作物营养诊断是进行科学施肥管理的基础,也是实施精细农业的关键技术之一。文章提出了一种应用可见-近红外光谱技术检测植物叶绿素含量的方法。采用透反射测样方式获取了植物叶片的可见-近红外光谱,并对获得的500～900 nm光谱数据进行平滑、一阶微分以及小波变换等预处理,然后采用偏最小二乘法(PLS)建立了植物叶片叶绿素含量与叶片吸收光谱的定量分析模型,最后利用该模型对预测集样本进行预测。预测集中样本的预测值与标准值之间的相关系数为0.93,预测均方根误差为1.1 SPAD。实验结果表明,利用可见-近红外光谱检测叶片叶绿素含量是可行的,这对今后实现快速无损检测植物叶绿素含量具有重要的指导意义。     

光谱信息降维及判别模型建立用于识别湿地植物物种

研究分析了北京地区常见湿地植物的高光谱数据特征。主要采用马氏距离法和主成分分析法对光谱进行降维,并对光谱特征进行分析和提取;利用提取的光谱信息构建判别模型对湿地植物进行判别,并对模型精度进行比较评价,最后获得最佳判别模型。研究结果显示:(1)马氏距离法和主成分分析法都能对光谱进行有效降维,(2)利用从光谱中提取的特征参数建立的判别模型,得到物种识别的精度都高于90%。可见,湿地植物高光谱数据信息的变换和利用能促进对湿地植物光谱特征的认识和提取,而建立模型进行植物判别可以指导未来遥感领域的湿地制图和监测。     

植被冠层水平叶绿素含量的高光谱估测

植物的叶绿素含量指示了其健康状况。大区域范围内植被叶绿素含量信息的提取可以用于评价植被的生长状况,实现对生态环境的监测。对于农田系统而言,作物叶绿素含量的估测还可以对施肥等田间操作提供支持。文章利用辐射传输模型模拟多组不同状态下的植被冠层光谱反射率,通过对模拟数据的冠层叶绿素含量以及冠层光谱之间关系的分析,构建了估测植被冠层水平叶绿素含量的光谱指数模型。该模型对冠层叶绿素含量的方差解释量达到了75%以上。分别使用野外实测冠层光谱和Hyperion高光谱遥感影像对试验区进行验证。结果证明该模型对冠层水平的叶绿素含量估测效果较好,具有应用价值。     

基于野外实测数据的珊瑚礁不同底质光谱可分性及珊瑚色素影响分析

珊瑚礁遥感监测的任务之一是获取底栖物质的组成及分布,但由于珊瑚礁存在较强的空间异质性及复杂的光谱,使得目前利用遥感技术进行底栖物质信息提取还存在较大难度。珊瑚礁不同底栖物质的光谱特性是开展珊瑚礁遥感监测的基本先验知识,但目前关于不同珊瑚种类的光谱特性分析研究较为匮乏。本研究基于野外实测光谱数据和模拟卫星遥感数据,开展珊瑚礁不同底质类型的光谱特性研究,特别是针对不同造礁石珊瑚种间及种内的光谱差异进行比较分析,并探讨不同珊瑚体内色素组成对珊瑚光谱特性的影响研究,最后甄选了四种常用卫星数据,通过数值模拟探讨了不同底质类型的光谱可分性。结果显示,利用反射光谱曲线值的大小能较好的识别沙和白化珊瑚,而利用蓝绿红波段反射率的一阶微分值能有效识别出海藻、海草和健康珊瑚。对于不同种类的珊瑚而言,科、属、种、珊瑚形状、珊瑚颜色的不同均会对珊瑚的反射光谱造成影响。叶绿素含量（包含叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c）与珊瑚反射光谱值相关性较好,是影响珊瑚光谱反射率的主要因素之一,虫黄藻密度在一定程度上也能影响珊瑚光谱反射率,但不如叶绿素影响明显,其密度的高低会影响珊瑚光谱在局部波段的峰值特征。在目前常用的多光谱卫星数据中,Landsat8数据具有可观测近岸的蓝波段,具备识别沙、白化珊瑚、海藻、健康珊瑚、海草的能力,而IKONOS和Quickbird可识别沙、白化珊瑚和海草。相对而言,SPOT5表现较差,仅能识别沙和白化珊瑚。在不同种类珊瑚的识别方面,多光谱遥感数据由于无法捕捉特征波段,需要采用具有高空间分辨率的高光谱遥感数据进行有效识别。在今后的工作中,将进一步扩大珊瑚礁底质样本数据集,并建立珊瑚礁光谱库,为今后我国珊瑚礁遥感监测体系建立提供数据支撑。     

基于高光谱和BP神经网络的棉花冠层叶绿素含量联合估算

冠层叶绿素能够有效反映植被的生长状况。为了基于高光谱精确估算冠层的叶绿素含量,以棉花为研究对象,实测棉花冠层光谱反射率和叶绿素含量,然后进行原始光谱数据转换,计算高光谱参数,分析叶绿素含量与高光谱参数之间的相关关系,构建估算棉花冠层叶绿素含量的BP神经网络模型。结果表明:包络线去除处理后,冠层反射率和叶绿素含量的相关性在560～740 nm波段范围内提高了10.7%,效果优于原始光谱和一阶微分光谱得到的结果;基于原始光谱和去除包络线光谱建立的植被指数mSR、mND、NDI、DD与叶绿素含量表现出较高的相关性,相关系数均在0.8左右;在所建的BP神经网络模型中,基于包络线光谱指数建立的模型的决定系数为0.85,均方根误差和相对误差分别为1.37、1.97%,这一结果优于基于红边参数、原始光谱植被指数和一阶微分光谱指数建立的模型。本研究可为作物叶绿素含量估算的实际应用提供理论依据和技术支持。     

内蒙古阿拉善左旗六种常见沙生植物的营养成分与氨基酸组成分析

沙生植物资源量大、生长快、占地面积广，是改善环境和治理荒漠化的主要植物，但其饲用价值没有得到充分利用。目前由于畜牧业的规模化、集约化发展，出现牧草匮乏，商品牧草供应量严重不足，导致畜草矛盾日益增加。沙生植物平茬收获，充分挖掘沙生植物的潜在饲用价值，开发、生产非常规饲料，对推动我国荒漠、半荒漠地区的畜牧业发展和生态修复至关重要。选择内蒙古阿拉善左旗珍珠猪毛菜(简称珍珠)、红砂、油蒿、骆驼刺、柠条锦鸡儿(简称柠条) 和沙米六种常见沙生植物为研究对象，利用光谱学方法测定样品中粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗纤维(CF)、钾(K)、钠(Na)和钙(Ca)等14种营养成分和亮氨酸(Leu)、赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、胱氨酸(Cys)、苏氨酸(Thr)等17种氨基酸含量，并与四种常规饲料(优质玉米、NT-2级稻谷、GB-2级大豆和GB-3级苜蓿草粉)进行比较，获得沙生植物营养价值和潜在饲用价值的评价结果。结果表明：(1)六种沙生植物的CP含量、EE含量和矿物元素含量均处于较高水平，CF含量高于泌乳母牛日粮中CF占日粮干物质的13%，等同于或优于以上四种常规饲料。(2)该研究中氨基酸含量和氨基酸化学评分(CS)的结果为：六种沙生植物都含有17种氨基酸，且组成较为均衡。其中油蒿、骆驼刺、柠条和沙米中的必需氨基酸含量及营养价值均高于优质玉米和NT-2级稻谷。Leu和Lys分别是3种沙生植物红砂、骆驼刺、柠条和珍珠、优质玉米、NT-2级稻谷的第一限制氨基酸，而Thr和Met+Cys分别是油蒿和沙米、GB-2级大豆、GB-3级苜蓿草粉的第一限制氨基酸。(3)主成分分析结果表明，珍珠、柠条和沙米的营养价值高于常规饲料GB-3级苜蓿草粉，且六种沙生植物的营养价值均高于优质玉米和NY-2级稻谷。综上表明，研究区常见的六种沙生植物不仅具有生长快、地上生物量大和耐刈割等特点，更具有较大的饲用开发潜力，是荒漠、半荒漠地区良好的饲料来源，研究结果为指导饲料氨基酸的平衡和合成氨基酸提供可信的实验依据和理论依据。     

渭干河-库车河三角洲绿洲盐渍化地地物光谱数据分析

地物波谱特性是遥感技术应用的物理基础,是遥感定量分析的基础,地物波谱研究是遥感基础研究的重要内容,文章以新疆塔里木盆地北缘渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,采用美国CID公司生产的CI700便携式野外光谱仪,通过大量的野外调查以及实地测点,分析了该绿洲盐渍化地区的几种典型地物(盐碱地、细沙地、沙丘、棉花地等以及柽柳、骆驼刺、芦苇等)的光谱特性及其变化规律,尤其是对盐渍化地和盐生植被的光谱曲线的差异做出了分析,并根据实际情况,采用移动平均法去噪进行了噪声去除,分析实测光谱数据噪声特征。同时利用导数光谱技术清除植被环境背景影响。最后,为了今后继续研究的方便,在对实测光谱数据进行处理的基础上,利用ENVI软件建立了小型的渭干河-库车河三角洲绿洲主要地物的光谱库,该库可以为渭-库绿洲的地物调查,植被调查、植被分类和环境监测等遥感应用服务。     

SR XRF Analysis for studying plants in an area of geological heterogeneity

X-ray fluorescence analysis using synchrotron radiation is applied to determine the elemental composition in the leaves of Pentaphylloides fruticosa (L.) O.Schwarz (bush cinquefoil) and Lonicera caerulea subsp. altaica ((Pall.) Gladkova) (blue honeysuckle) growing in a geologically active area. It is found that in the studied period, the total content of microelements increases in the Pentaphylloides fruticosa leaves in the area of geological heterogeneity than that in the control one, and on the contrary, it decreases in Lonicera caerulea. The relationship between Fe/Mn, Ca/Sr, Cu/Zn, and K/Rb ratios and the geochemical and geophysical features of the environment and element accumulation by different types of plants is established. It is noted that two types of bushes under study react differently to changes in the geochemical and geophysical characteristics of the environment.     

产生旁瓣的激光波前功率谱密度与焦斑性能分析

讨论了在放置与不放置焦斑形态控制器件 KPP的两种情况下 ,采用功率谱密度模拟分析有旁瓣焦斑的激光束波前分布的特点 ,并由此探讨高功率激光驱动器在无旁瓣的聚焦情形下 ,对入射到打靶透镜的激光束波前畸变量的控制要求。     

三种中草药抗氧化性研究

微波辅助法提取3种中草药中黄酮类化合物,从还原能力、清除羟基自由基和抗油脂氧化方面,研究其抗氧化活性。结果表明：3种中草药中,总黄酮含量从高到低依次为：老鹤草（132.516mg/g）、豨莶草（78.4749mg/g）、白花蛇舌草（35.6519mg/g）。其提取物具有较好的还原能力,且对羟基自由基均有明显的清除作用,其清除效果随提取物浓度的增加而增强。三种中草药提取物也具有一定的抗油脂氧化能力,它们的抗氧化能力存在差异。实验结果为我们更加合理开发利用这些药用植物提供了很好的科学依据。     

Analysis of the alterations in porosity features of some natural stones due to thermal effect

Three types of commercially available carbonate rocks were used in the study to determine the effect of thermal treatment in the range from 100 °C to 500 °C on porosity features in terms of two different approaches such as pore shape factor and quality index values. The ratio of the ultrasonic velocity measurements before and after water saturation was used to differentiate porosity of pores from porosity of cracks under varying temperatures. It was found that, pores in Burdur Beige and Usak White are in the form of cracks, which are situated through inner structure. On the other hand, pores in Patara Limestone are in the form of porosity with lower pore shape factor values. Quality index calculation is another approach based on the comparison of the measured and theoretical ultrasonic velocity values. When the rocks were subjected to higher temperatures, internal stress was developed, crack lengths and numbers were increased and finally the higher pore shape factor and lower quality index values were obtained. This situation was proven by the higher water absorption values for all the stone types with the higher pore shape factor and lower quality index values depend on the noticeable increase in effective porosity values.     

西党参的最佳采收期

确定西党参的最佳采收期;通过研究二年生、三年生西党参的不同月份的产量、总皂苷含量的动态变化来确定西党参的最佳采收期;二年生、三年生党参产量之间存在显著差异(p＜0.05).党参总皂苷含量在年限之间都无显著差异(p＞0.05).单因素方差分析表明总皂苷含量在相同年限的不同月份之间有极显著差异(p＜0.01);综合考虑产量...     

Measurement of neutrino oscillations with the MINOS detectors in the NuMI beam

This Letter reports new results from the MINOS experiment based on a two-year exposure to muon neutrinos from the Fermilab NuMI beam. Our data are consistent with quantum-mechanical oscillations of neutrino flavor with mass splitting |Deltam2| = (2.43+/-0.13) x 10(-3) eV2 (68% C.L.) and mixing angle sin2(2theta) > 0.90 (90% C.L.). Our data disfavor two alternative explanations for the disappearance of neutrinos in flight: namely, neutrino decays into lighter particles and quantum decoherence of neutrinos, at the 3.7 and 5.7 standard-deviation levels, respectively.     

塔里木盆地8种有毒植物总生物碱的抗AChE活性

采用酸提碱沉、氯仿萃取法提取塔里木盆地8种有毒植物总生物碱,采用Ellman法,以他克林为阳性对照,探讨总生物碱抗AChE活性.实验结果表明8种植物中小花棘豆、盐角草、叉枝鸦葱、骆驼刺、苦马豆总生物碱具有明显乙酰胆碱酯酶抑制活性,黄香草木犀,盐生草,白茎盐生草的抑制率相对较低.     

Li2分子含时波包动力学的理论研究

利用含时量子波包方法计算得到了Li2分子的光电子能谱,并运用波包动力学理论对含有不同参量的光电子能谱现象给出了合理的解释.通过分析文中的直观图像,研究了波包的动力学过程.结果表明,泵浦-探测脉冲的延迟时间对光电子能谱的形状有重要的影响;在较短延迟时间下,能谱独特的四峰现象是由光诱导势的产生引起的.