激光与光电子学进展, 2021, 58 (8): 0828002, 网络出版: 2021-04-16   

基于连续小波系数的叶绿素a浓度估测模型 下载: 956次

Estimation Model of Chlorophyll-a Concentration Based on Continuous Wavelet Coefficient
作者单位
1 东华理工大学测绘工程学院, 江西 南昌 330013
2 流域生态与地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室, 江西 南昌 330013
3 广东省遥感与地理信息系统应用重点实验室, 广东省地理空间信息技术与应用公共实验室, 广东省遥感大数据应用工程技术研究中心, 广州地理研究所, 广东 广州 510070
图 & 表

图 1. 采样区域与采样点分布

Fig. 1. Sampling areas and sampling stations

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图 2. 不同数据集中叶绿素a浓度的统计特征

Fig. 2. Statistical characteristics of chlorophyll-a in different datasets

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图 3. 水体反射率曲线及其单波段相关性分析

Fig. 3. Analysis of water reflectance curve and its single-band correlation

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图 4. RSI和NDCI相关系数矩阵图。(a) RSI;(b) NDCI

Fig. 4. Diagram of RSI and NDCI correlation coefficient matrix. (a) RSI; (b) NDCI

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图 5. db4小波系数与叶绿素a浓度的相关系数图

Fig. 5. Correlation coefficient diagram of db4 wavelet coefficient and chlorophyll-a concentration

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图 6. 基于sym6小波变换估测的叶绿素a浓度与实测值

Fig. 6. Predicted chlorophyll-a concentration based on sym6 wavelet transform and measured value

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表 1连续小波变换的10个选定母小波基及其应用领域

Table1. Ten selected mother wavelet bases of continuous wavelet transform and their application fields

Mother waveletResearch objectReference
rbio3.3bior3.3sym7db1Maize (chlorophyll, carotenoids)Wang Z L, et al. (2020)[20]
db5haarmexhmorlWinter wheat (chlorophyll)He R Y, et al. (2018)[21]
mexhZizania caduciflora (chlorophyll)Yu Z X, et al. (2018)[22]
db4Broadleaf shrub,small tree (chlorophyll)Fang S H, et al. (2015)[23]
sym6Maize (chlorophyll)Liu H J, et al. (2018)[24]

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表 2采样点叶绿素a浓度的统计特征

Table2. Statistical characteristic of chlorophyll-a concentration at sampling points

Sample setNumber /(μg·L-1)Minimum /(μg·L-1)Median /(μg·L-1)Maximum /(μg·L-1)Mean /(μg·L-1)SD /(μg·L-1)CV /(μg·L-1)
Calibration dataset480.43413.10050.33818.51014.5000.783
Validation dataset210.4829.40044.87317.70616.7710.947
All dataset690.43412.70050.33818.26515.1060.827

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表 3叶绿素a浓度的常见反演模型及其建模精度

Table3. Common chlorophyll-a concentration inversion models and their modeling accuracy

Spectral indexModelVariablerR2RMSE/ (μg·L-1)
ReflectanceR1R1=712 nm0.3280.15315.063
RSIR1R2R1=654 nmR2=644 nm0.7210.6449.760
NDCIR1-R2R1+R2R1=658 nmR2=632 nm0.7210.6699.414
Three-band(R1-1-R2-1R3R1=649 nmR2=653 nmR3=675 nm0.7360.6809.254

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表 4CWT-PLSR模型的精度评价

Table4. Accuracy evaluation of CWT-PLSR model

Mother waveletPCRc2RMSEC/ (μg·L-1)Rp2RMSEP/ (μg·L-1)RPD
rbio3.330.7007.8640.63510.8301.551
bior3.340.5519.6130.6629.5451.759
sym740.5939.1560.7178.7251.924
db150.6568.4180.36714.7021.142
db550.7277.4910.7259.5301.762
haar90.6927.9660.39914.4721.160
mexh10.50710.0770.56010.9551.533
morl40.7567.0810.8128.2352.039
db470.7796.7510.66810.9741.530
sym630.7327.4310.7326.4572.600

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彭咏石, 陈水森, 陈金月, 赵晶, 王重洋, 官云兰. 基于连续小波系数的叶绿素a浓度估测模型[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(8): 0828002. Yongshi Peng, Shuisen Chen, Jinyue Chen, Jing Zhao, Chongyang Wang, Yunlan Guan. Estimation Model of Chlorophyll-a Concentration Based on Continuous Wavelet Coefficient[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2021, 58(8): 0828002.

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