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水稻是我国重要粮食作物,我国每年因虫害损失的水稻产量巨大。为达到高效、低施的目的,要求植保机械“因虫施药”作业。光谱检测技术具有无损、信息量大、速度快等优点,具备进行虫害快速检测的潜力,适合植保机械对小区域虫害探测的要求。本课题针对稻田虫害信息的快速探测,采用光谱技术开展稻飞虱虫害检测研究。
为研究如何应用光谱技术进行稻飞虱虫害检测,通过试验采集水稻冠层反射光谱和稻飞虱百穴虫量数据,分析稻飞虱胁迫下水稻冠层光谱特征,比较不同光谱波段反射率和植被指数对稻飞虱胁迫的敏感程度,建立稻飞虱虫害光谱定量和定性检测模型,并讨论光谱虫害检测的影响因素。
通过采集水稻冠层光谱,发现水稻受到稻飞虱虫害胁迫后,350-700nm和800-1340nm波段反射率均有所升高,且虫害程度越重,反射率升高越多。稻飞虱百穴虫量与水稻冠层光谱的350-507nm,641-692nm和933-957nm(939-942nm除外)波段各波长点反射率极显著相关。三个波段相关系数最大处分别位于380nm,675nm和936nm。稻飞虱百穴虫量与DVI、SAVI、TSAVI、MSAVI2和RDVI五种植被指数显著相关。
采用MLR、PCR、PLS三种方法建立稻飞虱百穴虫量检测模型,并进行比较。采用VN+PLS方法所建检测模型最优,交互验证RMSECV值为130头,R2值为0.72。对预测集20个样本的虫量数据进行预测,VN+PLS模型百穴虫量预测值和实测值相关系数为0.98,斜率为1.01,RMSEP值为39头,预测精度最高。结果表明,PLS模型可用于稻飞虱百穴虫量检测。
通过虫量模型、模式识别两类方法进行稻飞虱发生程度定性分析。基于虫量模型的稻飞虱发生程度检测方法中,VN+PLS模型分类率最高,为100%。在采用模式识别进行发生程度分类方法中,采用k-均值聚类法分类,按欧式距离和曼哈顿距离聚类识别正确率为77.46%,采用SIMCA法分类识别率为85%。结果表明光谱技术可用于稻飞虱发生程度检测。
对稻飞虱光谱检测的几种影响因素进行了分析。方差分析表明,探测高度对380nm、675nm、936nm三处波长点反射率均没有显著影响;相关分析表明,阴天时,在没有人工光源的情况下,难以进行稻飞虱虫害光谱检测。
本文基于光谱技术开展稻飞虱虫害检测研究,探讨了稻飞虱光谱检测多变量模型建立和干扰因素影响等问题,为现代精细植保机械田间虫害信息检测提供了试验依据和方法探索。