基于高光谱数据的互花米草叶片功能性状反演

• 作者: 左雪燕 崔丽娟 李伟 窦志国 蔡杨 刘志君 雷茵茹
• 来源期刊: 生态学报
• 关键词: 互花米草 叶片功能性状 高光谱 随机森林模型
• 年，卷（期）: 2021,（15）
• 所属期刊栏目: 研究论文
• 页码范围: 6159-6169
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.5846/stxb202004020781

摘要

互花米草成功入侵的关键是其生长繁殖能力以及对环境的适应能力，叶片含水率、相对叶绿素含量、碳氮比、总氮、总磷以及比叶面积等叶片功能性状反应的是互花米草对资源的利用能力以及环境的适应能力。以江苏盐城滨海湿地为研究对象，进行互花米草叶片功能性状与高光谱数据的关系研究。通过对原始光谱数据以及一阶微分转换光谱数据进行主成分分析提取新的主成分变量作为自变量分别建立不同性状的逐步回归、BP神经网络、支持向量机、随机森林4种预测模型，通过比较构建模型的R2以及RMSE选择最优模型，进而基于相关性分析得到的敏感波段构建最优模型，验证其准确性和适用性。研究结果发现：(1)一阶微分数据的建模效果优于原始光谱数据；(2)通过对不同功能性状的预测建模，发现4种模型的预测效果排序为：随机森林>支持向量机>BP神经网络>逐步回归，其中随机森林模型的准确性高、稳定性强，明显优于其他3种模型，而逐步回归模型的效果最差，不适用于互花米草叶片功能性状的高光谱建模；(3)通过对相关性分析得到的敏感波段建立随机森林模型，建模R2均大于0.90，验证R2介于0.73-0.95之间，进一步证实了随机森林模型的准确性和稳定性。研究结果表明，高光谱数据可以作为快速监测互花米草生长状况的有力手段，而随机森林模型可以作为高精度模型实现对互花米草不同叶片功能性状的估测。