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基于小波变换与支持向量机回归的冬小麦叶面积指数估算

梁栋 杨勤英 黄文江 彭代亮 赵晋陵 黄林生 张东彦 宋晓宇

梁栋, 杨勤英, 黄文江, 彭代亮, 赵晋陵, 黄林生, 张东彦, 宋晓宇. 基于小波变换与支持向量机回归的冬小麦叶面积指数估算[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(1): 335-340.
引用本文: 梁栋, 杨勤英, 黄文江, 彭代亮, 赵晋陵, 黄林生, 张东彦, 宋晓宇. 基于小波变换与支持向量机回归的冬小麦叶面积指数估算[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(1): 335-340.
Liang Dong, Yang Qinying, Huang Wenjiang, Peng Dailiang, Zhao Jinling, Huang Linsheng, Zhang Dongyan, Song Xiaoyu. Estimation of leaf area index based on wavelet transform and support vector machine regression in winter wheat[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(1): 335-340.
Citation: Liang Dong, Yang Qinying, Huang Wenjiang, Peng Dailiang, Zhao Jinling, Huang Linsheng, Zhang Dongyan, Song Xiaoyu. Estimation of leaf area index based on wavelet transform and support vector machine regression in winter wheat[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(1): 335-340.

基于小波变换与支持向量机回归的冬小麦叶面积指数估算

基金项目: 

国家自然科学基金(61172127,41301471,41271412);国家863 计划(2012AA12A307)

详细信息
    作者简介:

    梁栋(1963-),男,教授,博士,主要从事信号与信息处理方面的研究。Email:dliang@ahu.edu.cn

    通讯作者: 黄文江(1972-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事植被定量遥感方面的研究。Email:huangwenjiang@ceode.ac.cn
  • 中图分类号: TP391

Estimation of leaf area index based on wavelet transform and support vector machine regression in winter wheat

  • 摘要: 叶面积指数(LAI)是作物长势诊断及产量预测的重要参数。通过对冬小麦采样点的高光谱曲线进行连续小波变换(CWT),然后利用小波系数与LAI 建立支持向量机回归(SVR)模型,实现冬小麦不同生育时期的叶面积指数估算。通过对所研究方法与选取的植被指数、偏最小二乘(PLS)回归等5种方法的反演结果进行统计分析。结果表明:利用连续小波变换确定的LAI 的敏感波段为680、739、802、895 nm,对应尺度分别为8、4、9 和8,对应小波系数的LAI 回归确定系数(R2)明显高于冠层反射率的回归确定系数;利用小波系数与LAI 建立的SVR 模型的反演精度最高,模型实测值与预测值的检验精度(R2)为0.86,均方根误差(RMSE)为0.43;而常用植被指数(归一化植被指数,NDVI;比值植被指数,RVI)建立的估测模型对冬小麦多个生育时期LAI 反演精度最低(R2 0.76,RMSE0.56)。因此利用连续小波变换进行数据预处理,能更好地筛选出对叶面积指数敏感的信息,LAI 回归方法比较结果表明,SVR 比PLS 更适合于LAI 的估测,通过将CWT 与SVR 结合(CWT-SVR)能实现不同生育时期冬小麦叶面积指数的遥感估算。
  • [1] Vi a A, Gitelson A A, Nguy-Robertson A L, et al. Comparison of different vegetation indices for the remote assessment of green leaf area index of crops [J]. Remote Sensing of Environment, 2011, 115: 3468-3478.
    [2]
    [3] Knyazikhin Y, Martonchik J V, Myneni R B, et al. Synergistic algorithm for estimating vegetation canopy leaf area index and fraction of absorbed photosynthetically active radiation from MODIS and MISR data [J]. Journal of Geophysical Research, 1998, 103(24): 32257-32275.
    [4]
    [5]
    [6] Thenkabail P S, Smith R B, Pauw E D. Hyperspectral vegetation indices and their relationships with agricultural crop characteristics [J]. Remote Sensing of Environment, 2000, 71: 158-182.
    [7]
    [8] Blackburn G A, Ferwerda J G. Retrieval of chlorophyll concentration from leaf reflectance spectra using wavelet analysis [J]. Remote Sensing of Environment, 2008, 112: 1614-1632.
    [9] Liang Dong, Guan Qingsong, Huang Wenjiang, et al. Remote sensing inversion og leaf area index based on support vector machine regression in winter wheat [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29 (7): 117-123. (in Chinese) 梁栋, 管青松, 黄文江, 等. 基于支持向量机回归的冬小麦叶面积指数遥感反演[J]. 农业工程学报, 2013, 29(7): 117-123.
    [10]
    [11]
    [12] Cheng T, Rivard B, Snchez-Azofeifa G A, et al. Continuous wavelet analysis for the detection of green attack damage due to mountain pine beetle infestation [J]. Remote sensing of Environment, 2010, 114: 899-910.
    [13]
    [14] Bruce L M, Morgan C, Larsen S. Automated detection of subpixel hyperspectral targets with continuous and discrete wavelet transforms [J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2001, 39: 2217-2229.
    [15]
    [16] Vapnik V N. The Nature of Statistical Learning Theory[M]. New York: Springer-Verlag, 1995.
    [17] Li Ming, Yang Jie, Wang Hui, et al. Novel color image restoration method: sliding window based support vector regression algorithm [J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(1): 79-82. (in Chinese) 黎明, 杨杰, 王辉, 等. 一种彩色图像复原新方法: 基于滑动窗口的支持向量回归算法[J]. 红外与激光工程, 2006, 35(1): 79-82.
    [18]
    [19] Yao Yuan, Hu Gensheng, Liang Dong. Remote sensing image fuion based on wavelet support vector machine[J]. Computer Engineering, 2011, 37(3): 218-221. (in Chinese) 姚媛, 胡根生, 梁栋. 基于小波支持向量机的遥感影像融合[J]. 计算机工程, 2011, 37(3): 218-221.
    [20]
    [21] Chu Xiaoli, Yuan Hongfu, Luo Xianhui, et al. Developing near infrared spectroscopy calibration model of molar ratio between methanol and isobutylene by support vector regression [J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2008, 28(6): 1227-1231. (in Chinese) 褚小立, 洪福, 骆献辉, 等. 支持向量回归建立测定醇烯比的近红外光谱校正模型[J]. 光谱学与光谱分析, 2008, 28(6): 1227-1231.
  • [1] 邓可望, 赵慧洁, 李娜, 蔡辉.  基于改进样本驱动的高光谱矿物识别模型压缩方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210252-1-20210252-9. doi: 10.3788/IRLA20210252
    [2] 贺文静, 胡坚, 陈育伟, 潘苗苗, 朱运维, 何锐斌, 李传荣.  共孔径主被动高光谱三维成像实时处理框架 . 红外与激光工程, 2021, 50(2): 20200249-1-20200249-9. doi: 10.3788/IRLA20200249
    [3] 王雷光, 耿若筝, 代沁伶, 王军, 郑晨, 付志涛.  高光谱-LiDAR 融合的条件随机场分类方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(12): 20210112-1-20210112-12. doi: 10.3788/IRLA20210112
    [4] 熊伟.  “高分五号”卫星大气主要温室气体监测仪(特邀) . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 303002-0303002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0303002
    [5] 黄达, 黄树彩, 唐意东, 刘锦昌.  模糊识别算法在导弹尾焰光谱识别中的应用 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 704002-0704002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0704002
    [6] 张爱武, 康孝岩.  p值统计量建模独立性的高光谱波段选择方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 926005-0926005(9). doi: 10.3788/IRLA201847.0926005
    [7] 范斌, 陈旭, 李碧岑, 赵艳华.  “高分五号”卫星光学遥感载荷的技术创新 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 102002-0102002(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0102002
    [8] 徐文斌, 陈伟力, 李军伟, 王广平, 武敬力.  采用长波红外高光谱偏振技术的目标探测实验 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 504005-0504005(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0504005
    [9] 梁栋, 刘娜, 张东彦, 赵晋陵, 林芬芳, 黄林生, 张庆, 丁玉婉.  利用成像高光谱区分冬小麦白粉病与条锈病 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 136004-0136004(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0138004
    [10] 汪家春, 赵大鹏, 杜香华, 王启超, 林志丹, 程立, 李志刚.  基于AOTF的高光谱偏振成像系统设计与实验 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 1136002-1136002(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0138002
    [11] 张东阁, 傅雨田.  基于在线最小二乘支持向量机的变形镜建模与控制 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1118007-1118007(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1118007
    [12] 徐冬, 孙蕾, 罗建书.  结合NAPCA 和复小波变换的高光谱遥感图像去噪 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 327-334.
    [13] 邓承志, 张绍泉, 汪胜前, 田伟, 朱华生, 胡赛凤.  L1稀疏正则化的高光谱混合像元分解算法比较 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 1092-1097.
    [14] 李子扬, 钱永刚, 申庆丰, 王宁, 刘耀开, 马灵玲, 孔祥生.  基于高光谱数据的叶面积指数遥感反演 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 944-949.
    [15] 高明辉, 郑玉权, 郭万存.  高光谱与高分辨率CO2探测仪安装座结构设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3973-3976.
    [16] 梁栋, 谢巧云, 黄文江, 彭代亮, 杨晓华, 黄林生, 胡勇.  最小二乘支持向量机用于时间序列叶面积指数预测 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 243-248.
    [17] 王晓飞, 侯传龙, 阎秋静, 张钧萍, 汪爱华.  基于相关向量机的高光谱图像噪声评估算法 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 4159-4163.
    [18] 王艺婷, 黄世奇, 刘代志, 王百合.  一种新的基于目标检测的波段选择方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 2294-2298.
    [19] 刘志刚, 卢云龙, 魏一苇.  有监督的高光谱图像伪装目标检测方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 3076-3081.
    [20] 孟卫华, 倪国强, 高昆, 向静波, 项建胜.  红外高光谱成像的光谱聚焦 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 774-779.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-18
  • 修回日期:  2014-06-24
  • 刊出日期:  2015-01-25

基于小波变换与支持向量机回归的冬小麦叶面积指数估算

    作者简介:

    梁栋(1963-),男,教授,博士,主要从事信号与信息处理方面的研究。Email:dliang@ahu.edu.cn

    通讯作者: 黄文江(1972-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事植被定量遥感方面的研究。Email:huangwenjiang@ceode.ac.cn
基金项目:

国家自然科学基金(61172127,41301471,41271412);国家863 计划(2012AA12A307)

  • 中图分类号: TP391

摘要: 叶面积指数(LAI)是作物长势诊断及产量预测的重要参数。通过对冬小麦采样点的高光谱曲线进行连续小波变换(CWT),然后利用小波系数与LAI 建立支持向量机回归(SVR)模型,实现冬小麦不同生育时期的叶面积指数估算。通过对所研究方法与选取的植被指数、偏最小二乘(PLS)回归等5种方法的反演结果进行统计分析。结果表明:利用连续小波变换确定的LAI 的敏感波段为680、739、802、895 nm,对应尺度分别为8、4、9 和8,对应小波系数的LAI 回归确定系数(R2)明显高于冠层反射率的回归确定系数;利用小波系数与LAI 建立的SVR 模型的反演精度最高,模型实测值与预测值的检验精度(R2)为0.86,均方根误差(RMSE)为0.43;而常用植被指数(归一化植被指数,NDVI;比值植被指数,RVI)建立的估测模型对冬小麦多个生育时期LAI 反演精度最低(R2 0.76,RMSE0.56)。因此利用连续小波变换进行数据预处理,能更好地筛选出对叶面积指数敏感的信息,LAI 回归方法比较结果表明,SVR 比PLS 更适合于LAI 的估测,通过将CWT 与SVR 结合(CWT-SVR)能实现不同生育时期冬小麦叶面积指数的遥感估算。

English Abstract

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