基于高光谱成像与机器学习的马铃薯生物量及植株氮含量反演研究

摘要

关键词

一、引言

马铃薯作为重要粮食与经济作物，其生长状态监测对高产优质栽培意义重大。生物量与植株氮含量是反映生长状况的关键指标 。高光谱遥感技术可捕捉作物光谱特征，结合机器学习模型，有望实现快速、无损监测。本研究利用高光谱成像系统，开展马铃薯田间试验，探究不同生育期生物量和 PNC 的反演模型，为马铃薯数字化管理提供依据。

二、材料与方法

2.1 试验设计

试验于北京市小汤山实验基地开展，设置种植密度、氮素、钾肥等试验小区（图 1 ），种植马铃薯品种为中薯 3 、中薯 5 ，覆盖现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期等生育期 。

2.2 数据采集

采用搭载 UHD185 的高光谱成像系统（图 2 ）获取马铃薯冠层光谱数据，同步采集样品，测定生物量与植株氮含量 。

2.3 数据分析

计算多种植被指数（NDVI、PBI 等 ），分析其与生物量（图 3 ）、PNC 的相关性（图 4 ），通过 VIP 筛选关键植被指数（图 5 ）。利用 DNN、PLSR、ENR、RR、SVR 模型构建反演模型，以 \(R^2\)、RMSE、NRMSE 评估模型性能（图 6 ），并验证.

3.1 植被指数与生物量、PNC 相关性

不同植被指数与生物量、PNC 相关性存在差异（图 4 ）。部分植被指数（如 SR、NDVI 等 ）在特定生育期与生物量、PNC 显著相关，为模型构建提供基础 。VIP 分析筛选出对生物量和 PNC 反演贡献较大的植被指数（图 5 ），可简化模型输入 。

3.2 模型反演结果

四、结论

以象科技作为一家由西安光机所光学博士团队、行业资深专家、光谱软件算法团队以及光学应用博士等多元专业力量共同发起创立的科技型企业，在光学技术领域展现出了非凡的潜力与强劲的实力，正逐步成为行业内的一颗璀璨新星。

其团队成员凭借深厚的学术造诣与丰富的实践经验，构建起了一座坚实的技术堡垒。西安光机所光学博士团队深入钻研光学核心原理，在光学系统的设计、优化以及创新方面持续发力，致力于打造出具有性能与高精度的光学基础架构。行业资深专家则犹如敏锐的市场领航员，他们凭借对行业发展脉络的精准把握以及对市场需求变化的前瞻性洞察，为公司的产品战略布局指明方向，确保每一款产品都能精准对接市场痛点，在激烈的市场竞争中脱颖而出。光学应用博士则专注于探索光学技术在各个实际领域的落地应用，他们深入挖掘产品在不同场景下的潜在用途，从生物医学到工业制造，从环境监测到农业科技，不断拓展产品的应用边界，让光学技术真正造福于人类社会的各个角落。

在产品层面，以象科技目前已成功投产并推向市场的可见光、近红外、短波中红外高光谱相机，无疑是其技术实力的集中体现。这不仅为国内相关行业提供了更为可靠、性价比更高的光学设备选择，还在一定程度上推动了我国光学技术自主创新的进程，提升了我国在全球光学产业价值链中的地位。

此外，公司经营的激光共聚焦、激光散斑血流成像仪、光谱仪等光学产品，也均在各自的领域内展现出了的优势与性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果，在生物医学微观成像领域成为科研人员探索生命奥秘的得力助手；激光散斑血流成像仪能够精准地监测微循环血流变化，为医学临床诊断和疾病研究提供了重要的参考依据；光谱仪则凭借其对物质光谱特性的精确分析能力，在材料成分分析、环境污染物监测以及食品安全检测等领域发挥着作用。

以象科技秉持着集研发、生产、销售于一体的全产业链运营模式，展现出了强大的综合实力与协同效应。其研发中心坐落于西安这充满科技活力与创新氛围的城市，依托当地丰富的科研资源与人才优势，持续不断地投入大量资源进行技术研发与创新，为公司的产品迭代升级和技术突破提供了源源不断的动力源泉。

与此同时，公司精心构建的销售网络如同一张紧密交织的大网，全面覆盖全国各个地区，确保了产品能够快速、高效地触达每一位客户手中。而完善的售后服务机构则像是一位贴心的守护者，随时为客户提供多层次的技术支持与售后服务保障，让客户在使用产品的过程中无后顾之忧，进一步增强了客户对公司品牌的信任度与忠诚度。

以象科技凭借其团队、创新的产品以及完善的运营模式，在光学技术领域正稳步前行，未来有望在国内乃至全球市场上取得更为辉煌的成就，为推动光学科技的进步与应用普及做出更多的贡献。

以象科技由西安光机所光学博士团队，行业资深专家，光谱软件算法团队，光学应用博士等相关人员共同发起成立的科技型公司，目前投产市场可见光、近红外、短波中红外高光谱相机，实现国产化，突破进口技术壁垒，打破进口短波红外高光谱相机的技术限制。

以象科技是一家集研发、生产、销售于一体的科技型公司。目前经营产品有激光共聚焦，激光散斑血流成像仪，光谱仪，高光谱相机等光学产品。研发中心设立于西安，销售网络、完善售后服务机构设立覆盖全国。

以象科技作为一家由西安光机所光学博士团队、行业资深专家、光谱软件算法团队以及光学应用博士等多元专业力量共同发起创立的科技型企业，在光学技术领域展现出了非凡的潜力与强劲的实力，正逐步成为行业内的一颗璀璨新星。

其团队成员凭借深厚的学术造诣与丰富的实践经验，构建起了一座坚实的技术堡垒。西安光机所光学博士团队深入钻研光学核心原理，在光学系统的设计、优化以及创新方面持续发力，致力于打造出具有性能与高精度的光学基础架构。行业资深专家则犹如敏锐的市场领航员，他们凭借对行业发展脉络的精准把握以及对市场需求变化的前瞻性洞察，为公司的产品战略布局指明方向，确保每一款产品都能精准对接市场痛点，在激烈的市场竞争中脱颖而出。光学应用博士则专注于探索光学技术在各个实际领域的落地应用，他们深入挖掘产品在不同场景下的潜在用途，从生物医学到工业制造，从环境监测到农业科技，不断拓展产品的应用边界，让光学技术真正造福于人类社会的各个角落。

在产品层面，以象科技目前已成功投产并推向市场的可见光、近红外、短波中红外高光谱相机，无疑是其技术实力的集中体现。这不仅为国内相关行业提供了更为可靠、性价比更高的光学设备选择，还在一定程度上推动了我国光学技术自主创新的进程，提升了我国在全球光学产业价值链中的地位。

此外，公司经营的激光共聚焦、激光散斑血流成像仪、光谱仪等光学产品，也均在各自的领域内展现出了的优势与性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果，在生物医学微观成像领域成为科研人员探索生命奥秘的得力助手；激光散斑血流成像仪能够精准地监测微循环血流变化，为医学临床诊断和疾病研究提供了重要的参考依据；光谱仪则凭借其对物质光谱特性的精确分析能力，在材料成分分析、环境污染物监测以及食品安全检测等领域发挥着作用。

以象科技秉持着集研发、生产、销售于一体的全产业链运营模式，展现出了强大的综合实力与协同效应。其研发中心坐落于西安这充满科技活力与创新氛围的城市，依托当地丰富的科研资源与人才优势，持续不断地投入大量资源进行技术研发与创新，为公司的产品迭代升级和技术突破提供了源源不断的动力源泉。

与此同时，公司精心构建的销售网络如同一张紧密交织的大网，全面覆盖全国各个地区，确保了产品能够快速、高效地触达每一位客户手中。而完善的售后服务机构则像是一位贴心的守护者，随时为客户提供多层次的技术支持与售后服务保障，让客户在使用产品的过程中无后顾之忧，进一步增强了客户对公司品牌的信任度与忠诚度。

以象科技凭借其团队、创新的产品以及完善的运营模式，在光学技术领域正稳步前行，未来有望在国内乃至全球市场上取得更为辉煌的成就，为推动光学科技的进步与应用普及做出更多的贡献。