基于地基激光雷达(TLS)的温室葡萄全生育期LAI反演

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:habenladan
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叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是植被冠层结构的一个重要参数,决定着作物植被光合、呼吸、蒸腾和碳循环等生态过程。为了利用温室葡萄叶面积指数准确、客观地掌握葡萄的生长动态信息,及时采取科学的温室葡萄生产修剪管理和水肥管理措施,针对目前基于表型监测信息进行叶面积指数反演领域中存在的实用性差、作物类型少、缺少全生育期的长期验证等问题,为了利用温室葡萄叶面积指数准确、客观地掌握葡萄的生长动态信息。本文基于地基激光雷达,通过三个方向角获取生产条件下温室葡萄的全株点云数据,对点云数据进行信息提取。根据葡萄叶片的生长规律进行了葡萄生育阶段划分,根据葡萄植株结构特点及生物量分布特点对数据进行了区域划分,进而采用分区域反演和整体反演两种方式进行了葡萄叶面积指数反演,并对两种方法的结果精度进行了对比。主要结论如下:(1)视角的增加可以降低由于叶片遮挡导致的数据残缺,对提高叶面积提取精度有着积极的作用。其中,在生育初期,由于叶片遮挡情况较轻,采用双视角扫描最为合理,平均相对误差为15.43%;在生育中期和生育后期采用三视角扫描获取叶面积值最为合理,平均相对误差分别为26.19%和25.66%。与经验公式法相比,在叶面积值模拟精度上,经验公式法的平均相对误差为10.14%,优于激光雷达获取的模拟叶面积值精度,但经验公式法需要大量的手动测量,增加了田间作业工作量,在速度上不如使用激光雷达进行叶面积值获取。(2)在不同生育阶段,使用激光雷达获取的点云数据进行温室葡萄叶面积指数反演均获得了较为可靠的反演模型。其中在生育初期,采用双视角扫描和整体建模的方式获得的叶面积指数反演模型最优,R~2=0.91,MAPE=7.71%;在生育中期和生育后期均采用三视角扫描和分区域建模方式建立的反演模型最佳,各个区域R~2均在0.7以上,MAPE分别为13.55%和22.55%,证明使用激光雷达对温室葡萄进行叶面积指数反演是可行的。(3)根据反演模型获得了温室葡萄全生育期的叶面积指数,根据结果绘制了较为精准的叶面积指数动态变化曲线,从曲线变化规律可以获得温室葡萄全生育期内的叶面积指数变化规律,为温室葡萄的科学管理提供里理论依据。利用反演模型绘制的叶面积指数动态变化曲线在精度上优于使用经验公式法绘制的曲线,更为符合实际的叶面积指数变化规律。具体表现为在全生育期进行的定期精度检验上,反演模型各阶段的相对误差均小于经验公式法各阶段的相对误差。在生育后期,使用激光雷达反演模型获取两年的修剪差平均相对误差分别为15.74%和14.77%,精度较高。
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