基于高光譜成像與機器學習的馬鈴薯生物量及植株氮含量反演研究

摘要

關鍵詞

一、引言

馬鈴薯作為重要糧食與經濟作物，其生長狀態監測對高產優質栽培意義重大。生物量與植株氮含量是反映生長狀況的關鍵指標 。高光譜遙感技術可捕捉作物光譜特征，結合機器學習模型，有望實現快速、無損監測。本研究利用高光譜成像系統，開展馬鈴薯田間試驗，探究不同生育期生物量和 PNC 的反演模型，為馬鈴薯數字化管理提供依據。

二、材料與方法

2.1 試驗設計

試驗于北京市小湯山實驗基地開展，設置種植密度、氮素、鉀肥等試驗小區（圖 1 ），種植馬鈴薯品種為中薯 3 、中薯 5 ，覆蓋現蕾期、塊莖形成期、塊莖增長期、淀粉積累期等生育期 。

2.2 數據采集

采用搭載 UHD185 的高光譜成像系統（圖 2 ）獲取馬鈴薯冠層光譜數據，同步采集樣品，測定生物量與植株氮含量 。

2.3 數據分析

計算多種植被指數（NDVI、PBI 等 ），分析其與生物量（圖 3 ）、PNC 的相關性（圖 4 ），通過 VIP 篩選關鍵植被指數（圖 5 ）。利用 DNN、PLSR、ENR、RR、SVR 模型構建反演模型，以 \(R^2\)、RMSE、NRMSE 評估模型性能（圖 6 ），并驗證.

3.1 植被指數與生物量、PNC 相關性

不同植被指數與生物量、PNC 相關性存在差異（圖 4 ）。部分植被指數（如 SR、NDVI 等 ）在特定生育期與生物量、PNC 顯著相關，為模型構建提供基礎 。VIP 分析篩選出對生物量和 PNC 反演貢獻較大的植被指數（圖 5 ），可簡化模型輸入 。

3.2 模型反演結果

四、結論

以象科技作為一家由西安光機所光學博士團隊、行業資深專家、光譜軟件算法團隊以及光學應用博士等多元專業力量共同發起創立的科技型企業，在光學技術領域展現出了非凡的潛力與強勁的實力，正逐步成為行業內的一顆璀璨新星。

其團隊成員憑借深厚的學術造詣與豐富的實踐經驗，構建起了一座堅實的技術堡壘。西安光機所光學博士團隊深入鉆研光學核心原理，在光學系統的設計、優化以及創新方面持續發力，致力于打造出具有性能與高精度的光學基礎架構。行業資深專家則猶如敏銳的市場領航員，他們憑借對行業發展脈絡的精準把握以及對市場需求變化的前瞻性洞察，為公司的產品戰略布局指明方向，確保每一款產品都能精準對接市場痛點，在激烈的市場競爭中脫穎而出。光學應用博士則專注于探索光學技術在各個實際領域的落地應用，他們深入挖掘產品在不同場景下的潛在用途，從生物醫學到工業制造，從環境監測到農業科技，不斷拓展產品的應用邊界，讓光學技術真正造福于人類社會的各個角落。

在產品層面，以象科技目前已成功投產并推向市場的可見光、近紅外、短波中紅外高光譜相機，無疑是其技術實力的集中體現。這不僅為國內相關行業提供了更為可靠、性價比更高的光學設備選擇，還在一定程度上推動了我國光學技術自主創新的進程，提升了我國在全球光學產業價值鏈中的地位。

此外，公司經營的激光共聚焦、激光散斑血流成像儀、光譜儀等光學產品，也均在各自的領域內展現出了的優勢與性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果，在生物醫學微觀成像領域成為科研人員探索生命奧秘的得力助手；激光散斑血流成像儀能夠精準地監測微循環血流變化，為醫學臨床診斷和疾病研究提供了重要的參考依據；光譜儀則憑借其對物質光譜特性的精確分析能力，在材料成分分析、環境污染物監測以及食品安全檢測等領域發揮著作用。

以象科技秉持著集研發、生產、銷售于一體的全產業鏈運營模式，展現出了強大的綜合實力與協同效應。其研發中心坐落于西安這充滿科技活力與創新氛圍的城市，依托當地豐富的科研資源與人才優勢，持續不斷地投入大量資源進行技術研發與創新，為公司的產品迭代升級和技術突破提供了源源不斷的動力源泉。

與此同時，公司精心構建的銷售網絡如同一張緊密交織的大網，全面覆蓋全國各個地區，確保了產品能夠快速、高效地觸達每一位客戶手中。而完善的售后服務機構則像是一位貼心的守護者，隨時為客戶提供多層次的技術支持與售后服務保障，讓客戶在使用產品的過程中無后顧之憂，進一步增強了客戶對公司品牌的信任度與忠誠度。

以象科技憑借其團隊、創新的產品以及完善的運營模式，在光學技術領域正穩步前行，未來有望在國內乃至全球市場上取得更為輝煌的成就，為推動光學科技的進步與應用普及做出更多的貢獻。

以象科技由西安光機所光學博士團隊，行業資深專家，光譜軟件算法團隊，光學應用博士等相關人員共同發起成立的科技型公司，目前投產市場可見光、近紅外、短波中紅外高光譜相機，實現國產化，突破進口技術壁壘，打破進口短波紅外高光譜相機的技術限制。

以象科技是一家集研發、生產、銷售于一體的科技型公司。目前經營產品有激光共聚焦，激光散斑血流成像儀，光譜儀，高光譜相機等光學產品。研發中心設立于西安，銷售網絡、完善售后服務機構設立覆蓋全國。

以象科技作為一家由西安光機所光學博士團隊、行業資深專家、光譜軟件算法團隊以及光學應用博士等多元專業力量共同發起創立的科技型企業，在光學技術領域展現出了非凡的潛力與強勁的實力，正逐步成為行業內的一顆璀璨新星。

其團隊成員憑借深厚的學術造詣與豐富的實踐經驗，構建起了一座堅實的技術堡壘。西安光機所光學博士團隊深入鉆研光學核心原理，在光學系統的設計、優化以及創新方面持續發力，致力于打造出具有性能與高精度的光學基礎架構。行業資深專家則猶如敏銳的市場領航員，他們憑借對行業發展脈絡的精準把握以及對市場需求變化的前瞻性洞察，為公司的產品戰略布局指明方向，確保每一款產品都能精準對接市場痛點，在激烈的市場競爭中脫穎而出。光學應用博士則專注于探索光學技術在各個實際領域的落地應用，他們深入挖掘產品在不同場景下的潛在用途，從生物醫學到工業制造，從環境監測到農業科技，不斷拓展產品的應用邊界，讓光學技術真正造福于人類社會的各個角落。

在產品層面，以象科技目前已成功投產并推向市場的可見光、近紅外、短波中紅外高光譜相機，無疑是其技術實力的集中體現。這不僅為國內相關行業提供了更為可靠、性價比更高的光學設備選擇，還在一定程度上推動了我國光學技術自主創新的進程，提升了我國在全球光學產業價值鏈中的地位。

此外，公司經營的激光共聚焦、激光散斑血流成像儀、光譜儀等光學產品，也均在各自的領域內展現出了的優勢與性能。激光共聚焦以其超高的分辨率和清晰的成像效果，在生物醫學微觀成像領域成為科研人員探索生命奧秘的得力助手；激光散斑血流成像儀能夠精準地監測微循環血流變化，為醫學臨床診斷和疾病研究提供了重要的參考依據；光譜儀則憑借其對物質光譜特性的精確分析能力，在材料成分分析、環境污染物監測以及食品安全檢測等領域發揮著作用。

以象科技秉持著集研發、生產、銷售于一體的全產業鏈運營模式，展現出了強大的綜合實力與協同效應。其研發中心坐落于西安這充滿科技活力與創新氛圍的城市，依托當地豐富的科研資源與人才優勢，持續不斷地投入大量資源進行技術研發與創新，為公司的產品迭代升級和技術突破提供了源源不斷的動力源泉。

與此同時，公司精心構建的銷售網絡如同一張緊密交織的大網，全面覆蓋全國各個地區，確保了產品能夠快速、高效地觸達每一位客戶手中。而完善的售后服務機構則像是一位貼心的守護者，隨時為客戶提供多層次的技術支持與售后服務保障，讓客戶在使用產品的過程中無后顧之憂，進一步增強了客戶對公司品牌的信任度與忠誠度。

以象科技憑借其團隊、創新的產品以及完善的運營模式，在光學技術領域正穩步前行，未來有望在國內乃至全球市場上取得更為輝煌的成就，為推動光學科技的進步與應用普及做出更多的貢獻。