基于高光谱成像的不同花期薇甘菊特征分析及监测模型研究

本研究应用了400-1000nm的高光谱相机，可采用杭州彩谱科技有限公司产品FigSpec® FS2X系列-成像高光谱相机进行相关研究。FigSpec®系列成像高光谱相机采用高衍射效率的透射式光栅分光模组与高灵敏度面阵列相机、结合内置扫描成像及辅助摄像头技术，解决了传统高光谱相机需外接推扫成像机构及调校复杂等难以操作的问题。可与标准C接口的成像镜头或显微镜直接集成，实现光谱影像的快速采集。

薇甘菊（Mikaniamicrantha）是菊科Compositae 假泽兰属（Mikania）的草质藤本植物，是一种危害性极大的恶性入侵杂草.原产于中南美洲，20世纪80年代初，中国华南地区发现薇甘菊，现已扩散到云南、台湾等地区，并有进一步扩散到其他区域的趋势，严重威胁当地生态系统健康和生物多样性，造成巨大经济损失.因此，进一步管控薇甘菊入侵对保护当地生态系统安全具有重要意义.关于薇甘菊的分布情况，最初主要采用传统的地面调查方式进行判断，费时费力且效率低，难以完全掌握真实发生面积，后期利用生态位模型预测其实际分布和潜在空间分布区域做了许多相关研究.有学者在基于最大熵生态位模型中，预测了云南省薇甘菊的适生区.由于不能完全了解云南的生态环境因子、森林资源分布等区域尺度信息实际情况，又缺乏准确的薇甘菊特征信息，难以筛选出准确的物种分布图.鉴于获取环境等其他因子信息较为困难，因此提取薇甘菊不同生长期特征，对于薇甘菊分布情况调查及进一步开展防控具有至关重要的意义。将高光谱成像技术应用到薇甘菊特征提取的研究较少，本文采用成像光谱仪对不同花期薇甘菊的光谱特征信息进行采集，提取其光谱反射率数据，分析不同花期薇甘菊的光谱特征，建立了薇甘菊高光谱特征信息模型。

本文测定了薇甘菊不同花期的光谱反射率，建立了薇甘菊不同花期检测模型.研究发现∶

①盛花期和未开花期光谱反射率存在明显"绿峰（510~560 nm）”和“红谷（640～700 nm）”，而枯花期“绿峰”和“红谷”逐渐消失，整体值大小依次为盛花期、未开花期、枯花期；

②一阶微分曲线在绿光波段（480～540 nm）和红边（670～750 nm），未开花期、盛花期和枯花期均存在明显波峰，且值大小依次为未开花期、盛花期、枯花期；

③在750～900 nm，盛花期和未开花期波峰、波谷出现波段范围大致相似，枯花期出现3个波峰，峰值依次减小；

④薇甘菊不同花期与光谱反射率及光谱一阶微分在529~671、734～744、770～786、791～796 nm及833～838 nm极显著相关，以NDVI、RVI、GI、DVI和HI特征参数构建的多元线性回归模型的拟合效果最佳（R2=0.974，RMSE=0.503）.

研究结果对于后续基于卫星航空航天遥感进行薇甘菊的研究具有重要意义，为研究薇甘菊光谱信息与不同花期的关系奠定了基础，同时有利于监测、预警薇甘菊的繁殖、入侵扩散能力，对精确、精准防治提供了有力支撑.