>[0030] 圖3示出了波長(zhǎng)在680nm-760nm范圍內(nèi)的不同光照區(qū)域的一階微分光譜。
[0031] 圖4示出了檢測(cè)光合性狀的方法的流程圖。
[0032] 圖5示出了基于一階微分光譜的光化學(xué)效率預(yù)測(cè)模型。
[0033] 圖6示出了光化學(xué)效率的預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值的擬合關(guān)系。
[0034] 圖7示出了基于一階微分光譜的最大光化學(xué)量子效率預(yù)測(cè)模型。
[0035] 圖8示出了最大光化學(xué)量子效率的預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值的擬合關(guān)系。
[0036] 圖9示出了基于一階微分光譜的表觀光合量子傳遞效率預(yù)測(cè)模型。
[0037] 圖10示出了表觀光合量子傳遞效率的預(yù)測(cè)值和實(shí)際測(cè)量值的擬合關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0039] 本發(fā)明為了解決能夠快速、準(zhǔn)確地掌握不同光照區(qū)域的光合能力的問題而提出了 一種構(gòu)建樹木冠層光合性狀預(yù)測(cè)模型的方法，下面將以構(gòu)建蘋果樹冠層不同光照區(qū)域的光 合性狀預(yù)測(cè)模型的方法為例來詳細(xì)描述獲得光合性狀預(yù)測(cè)模型的具體的實(shí)施方法。
[0040] 圖1示出了構(gòu)建樹木冠層光合性狀預(yù)測(cè)模型的方法流程圖，如圖1所示，該方法包 括：
[0041] Sl :獲取多個(gè)光照區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)以及獲取相應(yīng)光照區(qū)域的光合性狀參數(shù)，光譜 數(shù)據(jù)為反射率隨波長(zhǎng)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0042] 蘋果樹冠層不同光照區(qū)域（例如，光照強(qiáng)度< 30%的光照區(qū)域、光照強(qiáng)度在 (30 %，60 %〕區(qū)間的光照區(qū)域、光照強(qiáng)度在（60 %，85 %〕區(qū)間的光照區(qū)域和光照強(qiáng)度>85 % 的光照區(qū)域）的光譜數(shù)據(jù)采集設(shè)備例如選用美國(guó)ASD(Analytical Spectral Devices)公 司的FieldSpec HandHeld 2便攜式地物光譜儀，當(dāng)然也可以采用其他合適的設(shè)備。光譜測(cè) 量時(shí)間例如選擇在上午10:00-12:00之間，當(dāng)然還可以為其他合適時(shí)間。利用例如FMS-2 型脈沖調(diào)制式熒光儀及Li-6400便攜式光合儀，測(cè)量對(duì)應(yīng)光照區(qū)域的光合性狀參數(shù)，當(dāng)然 也可以選用其他合適的設(shè)備。所測(cè)得的光合性狀參數(shù)例如包括：光化學(xué)效率、最大光化學(xué)量 子效率、表觀光合量子傳遞效率。
[0043] 在米用美國(guó) ASD(Analytical Spectral Devices)公司的 FieldSpec HandHeld 2 便攜式地物光譜儀對(duì)蘋果樹冠層不同光照區(qū)域的葉片進(jìn)行光譜反射率測(cè)定時(shí)，采樣波長(zhǎng)范 圍例如為325nm-1075nm，波長(zhǎng)精度例如為lnm，光譜分辨率例如為3nm，最小采樣時(shí)間間隔 例如為8. 5ms，采樣間隔例如為I. 5nm，當(dāng)然，也可選用其他的合適的采樣波長(zhǎng)范圍、波長(zhǎng)精 度、光譜分辨率以及最小采樣時(shí)間間隔。試驗(yàn)所得到的信息通過光譜儀內(nèi)部的16位A/D轉(zhuǎn) 換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，再由標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行通信接口直接傳送到計(jì)算機(jī)主 存。
[0044] 為避免外界自然環(huán)境的干擾，保證光譜測(cè)量的準(zhǔn)確性，例如選擇在晴朗無(wú)云且無(wú) 風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，光譜測(cè)量時(shí)間例如選擇在上午10 :00-12 :00之間，傳感器視場(chǎng)角例 如為25°，測(cè)量時(shí)光學(xué)輸入端距離冠層葉片的距離例如為30cm，保證與葉片垂直，當(dāng)然，也 可選用其他的合適的環(huán)境、光譜測(cè)量時(shí)間、傳感器視場(chǎng)角以及測(cè)量時(shí)光學(xué)輸入端距離冠層 葉片的距離。為了光譜測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，利用該光譜儀配套的植被高密度探頭 進(jìn)行蘋果樹冠層不同光照區(qū)域的光譜測(cè)量。
[0045] 圖2(a)_(c)分別示出了在一顆蘋果樹上得到的3個(gè)試驗(yàn)處理樣本（A、B和C)在 不同光照區(qū)域的光譜反射率。處理樣本A、處理樣本B和處理樣本C在四個(gè)不同光照區(qū)域的 整個(gè)波段（32511111-107511111)的光譜反射率變化曲線中，光照強(qiáng)度在（30%，60%〕區(qū)間的光照 區(qū)域的光譜反射率始終最高，而光照強(qiáng)度< 30%的光照區(qū)域的光譜反射率最低，對(duì)于光照 強(qiáng)度在（60%，85%〕區(qū)間的光照區(qū)域及光照強(qiáng)度>85%的光照區(qū)域，處理樣本A和處理樣 本C在光照強(qiáng)度在（60%，85%〕區(qū)間的光照區(qū)域的光譜反射率大于光照強(qiáng)度>85%的光照 區(qū)域反射率，而處理樣本B的情況正好相反，分析其原因是由于測(cè)量過程中的隨機(jī)誤差所 致。為了更好地表征不同光照區(qū)域的光譜特性，以將圖2(a)-(c)的三個(gè)處理樣本做平均值 處理為例，得到如圖2(d)所示的蘋果樹冠層不同光照區(qū)域的平均光譜反射率。本實(shí)施例選 取了三棵蘋果樹作為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)這三棵蘋果樹均做相同的處理，即每個(gè)蘋果樹均得到三 個(gè)試驗(yàn)處理樣本，每個(gè)處理樣本包含四個(gè)不同光照區(qū)域的光譜反射率，對(duì)每棵蘋果樹的三 個(gè)處理樣本的相同光照區(qū)域的反射率做平均值處理，得到三個(gè)處理后的處理樣本（稱為平 均處理樣本），根據(jù)這三個(gè)平均處理樣本可得到三個(gè)平均光譜反射率，其中，每個(gè)平均處理 樣本的平均光譜反射率包含四個(gè)不同光照區(qū)域的平均光譜反射率。
[0046] 在測(cè)量不同光照區(qū)域的反射率時(shí)，利用FMS-2型脈沖調(diào)制式熒光儀及Li-6400便 攜式光合儀測(cè)量相應(yīng)光照區(qū)域的光合性狀參數(shù)（例如光化學(xué)效率、最大光化學(xué)量子效率、 表觀光合量子傳遞效率）。每棵蘋果樹得到三組光合性狀參數(shù)，其中每組均包含四個(gè)不同 光照區(qū)域的光合性狀參數(shù)，對(duì)每棵蘋果樹的每組相同光照區(qū)域的光合性狀參數(shù)做平均值處 理，得到一組平均光合性狀參數(shù)，這組平均光合性狀參數(shù)包含四個(gè)不同光照區(qū)域的平均光 合性狀參數(shù)。三棵蘋果樹做相同的處理則可得到三組平均光合性狀參數(shù)。
[0047] S2 :對(duì)每個(gè)光照區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行一階微分處理得到一階微分光譜；
[0048] 數(shù)據(jù)預(yù)處理方法有很多種，如一階微分能明顯地消除光譜的基線平移、平緩背景 干擾的影響，一方面，光譜一階微分能夠有效地消除獲取的光譜數(shù)據(jù)之間的系統(tǒng)誤差，削弱 自然環(huán)境中的大氣輻射、散射和吸收等因素對(duì)光譜目標(biāo)數(shù)據(jù)的干擾，另一方面，光譜一階微 分可以突顯光譜曲線在坡度上的細(xì)微變化特征，能夠分辨重疊的光譜，有利于提取可識(shí)別 的光譜吸收峰參數(shù)。
[0049] 圖3示出了紅邊區(qū)域（660nm-760nm)內(nèi)的試驗(yàn)處理樣本A、B、C在不同光照區(qū)域的 平均光譜反射率的一階微分光譜曲線。
[0050] 從圖3顯示的蘋果樹冠層不同光照區(qū)域的一階微分光譜曲線中可以看出，不同光 照區(qū)域的一階微分光譜的最大值及所對(duì)應(yīng)的紅邊波長(zhǎng)均有所差異。表1列出了處理樣本 A、B、C以及三者平均處理后的一階微分光譜的最大值及所對(duì)應(yīng)的紅邊波長(zhǎng)。從表中數(shù)據(jù)可 以看出：處理樣本A的紅邊波長(zhǎng)變化規(guī)律不明顯，但處理樣本B、處理樣本C及平均處理樣 本的紅邊變化均呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。表中統(tǒng)計(jì)了紅邊區(qū)域，即紅光范圍（680nm-760nm)內(nèi)一階 微分光譜的最大值，并將其作為蘋果樹冠層不同光照區(qū)域的相對(duì)光照強(qiáng)度值進(jìn)行相關(guān)性分 析，構(gòu)建基于光譜特性的光合性狀預(yù)測(cè)模型。
[0051] 表1處理樣本不同光照區(qū)域的一階微分光譜的最大值所對(duì)應(yīng)的紅邊波長(zhǎng)及一階 微分光譜的最大值。
[0052]
[0053]
[0054] S3:根據(jù)一階微分光譜的最大值和對(duì)應(yīng)光照區(qū)域的光合性狀參數(shù)擬合形成光合性 狀預(yù)測(cè)模型；
[0055] 由于蘋果樹冠層不同光照區(qū)域的一階微分光譜的最大值隨光照強(qiáng)度不同發(fā)生了 相應(yīng)變化，且光照強(qiáng)度影響蘋果樹光合能力，因此將一階微分光譜的最大值與對(duì)應(yīng)區(qū)域的 光合性狀參數(shù)作為預(yù)測(cè)模型的輸入端，其中一階微分光譜的最大值作為自變量，光合性狀 參數(shù)作為因變量，采用多項(xiàng)式回歸模型構(gòu)建出對(duì)應(yīng)的光合性狀預(yù)測(cè)模型。
[0056] 在S2步驟中得到了三個(gè)平均光譜反射率，對(duì)這三個(gè)平均光譜反射率均進(jìn)行一階 微分處理可得到三個(gè)一階微分光譜，由于每個(gè)一階微分光譜中包含四個(gè)不同光照區(qū)域的一 階微分光譜，每個(gè)光照區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)一階微分光譜的最大值，這樣根據(jù)這三個(gè)一階微分光 譜就得到了十二個(gè)紅光范圍（680nm-760nm)內(nèi)的一階微分光譜的最大值。利用多項(xiàng)式回歸 模型對(duì)這十二個(gè)一階微分光譜的最大值和對(duì)應(yīng)光照區(qū)域的光合性狀參數(shù)（比如光化學(xué)效 率、最大光化學(xué)量子效率和表觀光合量子傳遞效率等）進(jìn)行相關(guān)關(guān)系擬合，得到相應(yīng)的光 合性狀預(yù)測(cè)模型。
[0057] 如圖4所示，示出了一種檢測(cè)光合性狀的方法，包括：
[0058] Sl :獲取待檢測(cè)光照區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)；
[0059] S2 :對(duì)光譜數(shù)