基于高光譜遙感的水稻褐飛虱危害等級多方位監(jiān)測

更新時間：2025-07-03 點擊次數：195

摘要：本研究聚焦于水稻褐飛虱（Brown Planthopper, BPH）危害等級的精準分類難題，基于高光譜遙感技術開展系統(tǒng)性研究。通過構建水稻冠層光譜反射率、莖稈光譜反射率以及二者融合光譜反射率三個數據集，針對性選取敏感波長構建特征空間，突破傳統(tǒng)單一冠層光譜分析的局限性。

研究中引入 Savitzky-golay（S-G）平滑算法，利用其滑動窗口卷積特性有效抑制光譜數據中的隨機噪聲；結合主成分分析（PCA）算法，通過降維操作提取累計貢獻率達 95% 以上的主成分波段，解決高光譜數據的 “維度災難" 問題；采用寬度學習算法（BLS）構建分類模型，該算法基于增量式學習框架，通過特征節(jié)點和增強節(jié)點的快速映射實現高效建模。

在算法評估環(huán)節(jié)，綜合運用混淆矩陣衍生的準確度、精密度、召回率、F1 值，以及 Cohen's kappa 系數（k 值）等指標進行全面評價。準確度反映整體分類正確性，精密度衡量陽性預測的可靠性，召回率評估真實陽性樣本的捕捉能力，F1 值為精密度與召回率的調和均值，k 值則在考慮隨機一致性基礎上量化分類一致性。實驗結果表明，水稻冠層與莖稈光譜融合數據集在敏感波長特征空間下表現，分類準確度達 99.08%，精密度 99.31%，召回率 98.83%，F1 值 0.99，k 值 0.99，相較于單一數據集，顯著提升了對不同危害等級細微光譜差異的分辨能力。算法組合 S-G+PCA+BLS 在冠層圖像光譜分類中同樣取得理想效果，準確度 80.63%、精密度 80.28%、召回率 77.03%、F1 值 0.79、k 值 0.74，為復雜田間環(huán)境下的實時監(jiān)測提供了技術支撐。

本研究創(chuàng)新性地將水稻莖稈光譜信息納入分析體系，揭示了冠層 - 莖稈光譜融合在 BPH 危害等級分類中的協同增效機制，為高光譜遙感技術在作物病蟲害監(jiān)測領域提供了新方法，對推動農業(yè)精準防控技術的發(fā)展具有重要理論與實踐價值。

關鍵詞：褐飛虱；危害等級分類；高光譜遙感；水稻冠層光譜；水稻莖稈光譜；數據融合；機器學習算法

微信圖片_20250703155625.png

微信圖片_20250703155628.png

微信圖片_20250703155630.png

微信圖片_20250703155633.png

微信圖片_20250703155637.png

微信圖片_20250703155643.png

微信圖片_20250703155645.png

微信圖片_20250703155648.png

微信圖片_20250703155656.png

微信圖片_20250703155702.png

以象科技作為一家由西安光機所光學博士團隊、行業(yè)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(yè)力量共同發(fā)起創(chuàng)立的科技型企業(yè)，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(yè)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(tǒng)的設計、優(yōu)化以及創(chuàng)新方面持續(xù)發(fā)力，致力于打造出具有性能與高精度的光學基礎架構。行業(yè)資深專家則猶如敏銳的市場領航員，他們憑借對行業(yè)發(fā)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(zhàn)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(yī)學到工業(yè)制造，從環(huán)境監(jiān)測到農業(yè)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(yè)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(chuàng)新的進程，提升了我國在全球光學產業(yè)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(yōu)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(yī)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(jiān)測微循環(huán)血流變化，為醫(yī)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(huán)境污染物監(jiān)測以及食品安全檢測等領域發(fā)揮著作用。

以象科技秉持著集研發(fā)、生產、銷售于一體的全產業(yè)鏈運營模式，展現出了強大的綜合實力與協同效應。其研發(fā)中心坐落于西安這充滿科技活力與創(chuàng)新氛圍的城市，依托當地豐富的科研資源與人才優(yōu)勢，持續(xù)不斷地投入大量資源進行技術研發(fā)與創(chuàng)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(qū)，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(chuàng)新的產品以及完善的運營模式，在光學技術領域正穩(wěn)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(yè)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(fā)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(fā)、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(fā)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。