全 文 ：第 源愿 卷 第 怨 期
圆 园 员 圆 年 怨 月
林 业 科 学
杂悦陨耘晕栽陨粤 杂陨蕴灾粤耘 杂陨晕陨悦粤耘 灾燥造郾 源愿袁晕燥郾 怨杂藻责援 袁圆 园 员 圆
收稿日期院 圆园员员 原 园怨 原 圆圆曰 修回日期院 圆园员圆 原 园苑 原 圆缘遥
基金项目院 国家高技术研究发展计划渊愿远猿 计划冤渊圆园员圆粤粤员园圆园园员冤曰 国家自然科学基金渊猿园愿苑员怨远圆冤曰 高等学校博士学科点专项科研基金
渊圆园园愿园缘猿愿园园园员冤遥
鄢张怀清为通讯作者遥
基于红边参数与 孕悦粤的 郧粤鄄月孕神经网络估算
叶绿素含量模型鄢
李永亮员 摇 张怀清员 摇 林摇 辉圆
渊员援中国林业科学研究院资源信息研究所摇 北京 员园园园怨员曰
圆援中南林业科技大学 林业遥感信息工程研究中心摇 长沙 源员园园园源冤
摘摇 要院 摇 利用便携式 粤杂阅野外光谱辐射仪对杉木冠层叶片光谱进行测定袁同时以分光光度法对叶片叶绿素含量
进行提取遥 样本经均值处理尧平滑处理和微分处理后袁进行红边参数提取遥 对 员员 个红边参数以 孕悦粤 方法进行降
维袁将得到的前 苑 个主成分得分作为网络输入参数袁叶绿素含量作为网络输出参数袁以遗传算法渊郧粤冤优化网络初
始权值阈值袁建立隐含层神经元数分别为 源袁远袁愿袁员园袁员圆 和 员源 的 远 种单隐层 月孕神经网络模型遥 以 砸圆 袁砸酝杂耘和相对
误差作为模型精度检验标准袁结果表明院 远 种模型预测精度均可达到 怨圆郾 园豫以上袁其中隐含层神经元数为 员园 时袁预
测精度最高袁可达 怨苑郾 猿苑圆豫 遥 说明此种模型可对杉木冠层叶片叶绿素含量进行高精度估算遥
关键词院 摇 红边参数曰 郧粤鄄月孕神经网络曰 叶绿素含量曰 模型
中图分类号院 杂苑员员摇 摇 摇 文献标识码院 粤摇 摇 摇 文章编号院 员园园员 原 苑源愿愿渊圆园员圆冤园怨 原 园园圆圆 原 园愿
郧粤鄄月孕 晕藻怎则葬造 晕藻贼憎燥则噪 耘泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 酝燥凿藻造泽 燥枣 悦澡造燥则燥责澡赠造造 悦燥灶贼藻灶贼
月葬泽藻凿 燥灶 砸藻凿 耘凿早藻 孕葬则葬皂藻贼藻则泽 葬灶凿 孕悦粤
蕴蚤 再燥灶早造蚤葬灶早员 摇 在澡葬灶早 匀怎葬蚤择蚤灶早员 摇 蕴蚤灶 匀怎蚤圆
渊员援 陨灶泽贼蚤贼怎贼藻 燥枣 砸藻泽燥怎则糟藻 葬灶凿 陨灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶袁 悦澡蚤灶藻泽藻 粤糟葬凿藻皂赠 燥枣 云燥则藻泽贼则赠摇 月藻蚤躁蚤灶早 员园园园怨员曰
圆援 砸藻泽藻葬则糟澡 悦藻灶贼藻则 燥枣 云燥则藻泽贼则赠 砸藻皂燥贼藻 杂藻灶泽蚤灶早 驭 陨灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶 耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早袁 悦藻灶贼则葬造 杂燥怎贼澡 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠 燥枣 云燥则藻泽贼则赠 驭 栽藻糟澡灶燥造燥早赠摇 悦澡葬灶早泽澡葬 源员园园园源冤
粤遭泽贼则葬糟贼院 摇 匀蚤早澡鄄责则藻糟蚤泽蚤燥灶 藻泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 皂燥凿藻造 燥枣 葬则遭燥则 糟葬灶燥责赠 糟澡造燥则燥责澡赠造造 糟燥灶贼藻灶贼 蚤泽 蚤皂责燥则贼葬灶贼 贼燥 枣燥则藻泽贼则赠 葬灶凿 藻糟燥造燥早赠援 栽澡藻
泽责藻糟贼则葬造 则藻枣造藻糟贼葬灶糟藻 燥枣 糟葬灶燥责赠 憎葬泽 皂藻葬泽怎则藻凿 遭赠 粤杂阅 云蚤藻造凿杂责藻糟 葬灶凿 贼澡藻 糟澡造燥则燥责澡赠造造 糟燥灶贼藻灶贼 憎葬泽 皂藻葬泽怎则藻凿 遭赠
泽责藻糟贼则燥责澡燥贼燥皂藻贼则赠 葬贼 贼澡藻 泽葬皂藻 贼蚤皂藻援 栽澡藻 泽葬皂责造藻 凿葬贼葬 憎藻则藻 责则藻贼则藻葬贼藻凿 遭赠 贼澡藻 皂藻贼澡燥凿泽 燥枣 皂藻葬灶袁 泽皂燥燥贼澡蚤灶早 葬灶凿 凿藻则蚤增葬贼蚤增藻袁
葬灶凿 贼澡藻灶 贼澡藻 则藻凿 藻凿早藻 责葬则葬皂藻贼藻则泽 燥枣 泽葬皂责造藻泽 憎藻则藻 藻曾贼则葬糟贼藻凿 枣则燥皂 贼澡藻 责则藻贼则藻葬贼藻凿 泽责藻糟贼则葬 凿葬贼葬援 栽澡藻 藻造藻增藻灶 则藻凿 藻凿早藻
责葬则葬皂藻贼藻则泽 憎藻则藻 葬灶葬造赠扎藻凿 憎蚤贼澡 责则蚤灶糟蚤责葬造 糟燥皂责燥灶藻灶贼 葬灶葬造赠泽蚤泽 渊孕悦粤冤援 栽澡藻 葬灶贼藻则蚤燥则 苑 责则蚤灶糟蚤责葬造 糟燥皂责燥灶藻灶贼泽 糟燥皂责怎贼藻凿 遭赠
孕悦粤 憎藻则藻 怎泽藻凿 葬泽 贼澡藻 蚤灶责怎贼 增葬则蚤葬遭造藻泽 燥枣 遭葬糟噪鄄责则燥责葬早葬贼蚤燥灶 葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造 灶藻怎则葬造 灶藻贼憎燥则噪 渊月孕鄄粤晕晕冤 憎澡蚤糟澡 蚤灶糟造怎凿藻凿 燥灶藻 澡蚤凿凿藻灶
造葬赠藻则 憎澡蚤糟澡 澡葬凿 枣燥怎则袁 泽蚤曾袁 藻蚤早澡贼袁 贼藻灶袁 贼憎藻造增藻 燥则 枣燥怎则贼藻藻灶 灶藻怎则燥灶泽袁 憎澡蚤造藻 贼澡藻 糟澡造燥则燥责澡赠造造 糟燥灶贼藻灶贼 憎葬泽 怎泽藻凿 葬泽 贼澡藻 燥怎贼责怎贼
增葬则蚤葬遭造藻泽 燥枣 月孕鄄粤晕晕袁 葬灶凿 贼澡藻灶 贼澡藻 贼澡则藻藻 造葬赠藻则泽 月孕鄄粤晕晕 凿蚤泽糟则蚤皂蚤灶葬贼蚤燥灶 皂燥凿藻造 憎葬泽 遭怎蚤造贼援 宰藻蚤早澡贼 增葬造怎藻 葬灶凿 贼澡则藻泽澡燥造凿 增葬造怎藻
燥枣 贼澡蚤泽 皂燥凿藻造 憎藻则藻 燥责贼蚤皂蚤扎藻凿 遭赠 怎泽蚤灶早 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂援 栽澡藻 枣蚤贼灶藻泽泽 遭藻贼憎藻藻灶 贼澡藻 责则藻凿蚤糟贼藻凿 增葬造怎藻 葬灶凿 贼澡藻 皂藻葬泽怎则藻凿 增葬造怎藻
憎葬泽 贼藻泽贼藻凿 遭赠 贼澡藻 凿藻贼藻则皂蚤灶葬贼蚤燥灶 糟燥藻枣枣蚤糟蚤藻灶贼袁 贼澡藻 造燥憎藻泽贼 则燥燥贼 皂藻葬灶鄄泽择怎葬则藻 藻则则燥则 葬灶凿 贼澡藻 葬增藻则葬早藻 则藻造葬贼蚤增藻 藻则则燥则援 栽澡藻 则藻泽怎造贼泽
泽澡燥憎 贼澡葬贼 贼澡藻 责则藻糟蚤泽蚤燥灶泽 燥枣 泽蚤曾 皂燥凿藻造泽 葬则藻 葬造造 葬遭燥增藻 怨圆郾 园豫 葬灶凿 贼澡藻 责则藻糟蚤泽蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 皂燥凿藻造 憎澡蚤糟澡 澡葬凿 贼藻灶 澡蚤凿凿藻灶 造葬赠藻则
灶藻怎则燥灶泽 蚤泽 怨苑郾 猿苑圆豫 援 栽澡藻 糟葬灶燥责赠 糟澡造燥则燥责澡赠造造 糟燥灶贼藻灶贼 燥枣 悦澡蚤灶藻泽藻 枣蚤则 糟葬灶 遭藻 葬糟糟怎则葬贼藻造赠 藻泽贼蚤皂葬贼藻凿 遭赠 怎泽蚤灶早 贼澡蚤泽 皂燥凿藻造援
运藻赠 憎燥则凿泽院 摇 则藻凿 藻凿早藻 责葬则葬皂藻贼藻则泽曰 郧粤鄄月孕 灶藻怎则葬造 灶藻贼憎燥则噪曰 糟澡造燥则燥责澡赠造造 糟燥灶贼藻灶贼曰 皂燥凿藻造泽
摇 摇 高光谱分辨率遥感 渊 匀赠责藻则泽责藻糟贼则葬造 则藻皂燥贼藻
泽藻灶泽蚤灶早冤是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣
的物体获取有关数据袁它的基础是测谱学渊浦瑞良
等袁 圆园园园冤遥 高光谱遥感技术在林业研究中的应用
主要有院 森林树种识别尧生物化学参数提取以及生
物物理参数提取遥 高光谱遥感数据已经成为在地表
植被生化组分反演研究中的强有力的工具渊童庆禧
等袁 圆园园员冤遥 不同反演方法和反演策略的选择直接
影响到生化组分反演结果的成败渊沈燕袁 圆园园远冤遥 目
前袁采用遥感技术提取植被生化组分方法可以归为院
摇 第 怨 期 李永亮等院 基于红边参数与 孕悦粤的 郧粤鄄月孕神经网络估算叶绿素含量模型
多元统计分析方法尧基于光谱位置变量的分析技术
以及物理光学模型反演方法遥
叶绿素能够间接反映植被的营养状况袁准确估算
森林叶绿素含量有助于进一步理解和模拟森林生态
系统遥 而大范围获取原始森林地区叶绿素含量困难
较大袁由此通过遥感手段反演叶绿素含量极具研究价
值渊李欢袁 圆园园怨冤遥 栽澡燥皂葬泽等渊员怨苑苑冤发现可用植被冠
层反射光谱来估算叶片叶绿素含量状况遥 匀燥则造藻则 等
渊员怨愿园冤对植被光谱与叶绿素浓度的关系分析认为红
边位置在植被叶绿素浓度估计中可起到重要作用遥
孕蚤灶葬则等渊员怨怨远冤研究发现群体植被光谱的红边位置能
够更好地反映草丛叶绿素浓度状况遥 允燥早燥 等渊员怨怨怨冤
利用航空高光谱数据和地面光谱数据证实了利用红
边特征评估叶片和冠层叶绿素浓度的可行性遥 陨灶燥怎藻
等渊圆园园员冤研究水稻渊韵则赠扎葬 泽葬贼蚤增葬冤冠层的高光谱数据
与其生态生理状态间的关系袁发现可通过建立可见光
和近红外区域内高光谱数据的多元回归模型来估算
水稻叶片的叶绿素含量遥 匀藻造皂蚤 等渊圆园园远冤研究发现
红边位置与叶绿素含量间有较大关系遥 酝怎贼葬灶早葬 等
渊圆园园苑冤证实红边位置一般与植物冠层水平的叶绿素
或氮素含量有较好的相关性遥 吴长山等渊圆园园园冤利用
植被群体反射光谱及其导数光谱与叶绿素密度间较
高的相关性袁建立了叶绿素密度估计精度为 愿园郾 远豫的
回归模型遥 焦全军等渊圆园园远冤利用高光谱指数用最小
二乘渊孕蕴杂冤法对试验区森林叶绿素浓度进行反演遥
吉海彦等渊圆园园苑冤在 源园园 耀苑缘园 灶皂的光谱范围内袁用偏
最小二乘方法建立了冬小麦渊栽则蚤贼蚤糟怎皂 葬藻泽贼蚤增怎皂冤叶绿
素含量与反射光谱的定量反演模型袁预测值与真实值
相关系数高达 园郾 愿怨怨遥 黄春燕等渊圆园园怨冤建立了红边
面积和叶绿素密度估算精度均达到 愿猿豫以上的线性
相关模型遥 杨峰等渊圆园员园冤确定了用于估算稻麦叶绿
素密度的最佳植被指数遥 李敏夏等渊圆园员园冤构建苹果
渊酝葬造怎泽冤叶片叶绿素含量敏感波段一阶微分光谱值确
定系数达园郾 缘愿怨 怨的回归估算模型遥 研究成果大多建
立在多元统计分析方法之上袁而且研究对象基本面向
农作物袁这与乔木树种的生理特征是分不开的遥 目
前袁利用杉木渊悦怎灶灶蚤灶早澡葬皂蚤葬 造葬灶糟藻燥造葬贼葬冤冠层叶片红
边参数袁建立基于 孕悦粤的 郧粤鄄月孕 神经网络估算叶绿
素含量模型尚未见报道遥 本研究将采取这一方法进
行尝试袁为实现快速无损获取杉木冠层叶片叶绿素含
量提供方法参考遥
员摇 材料与方法
员郾 员摇 试验点概况
研究区设立湖南攸县黄丰桥国有林场遥 该林场
呈带状横跨于株洲攸县东西部袁位于 员员猿毅 园源忆要
员员猿毅源猿忆 耘袁圆苑毅园远忆要圆苑毅园源忆 晕之间袁属亚热带季风湿
润气候区袁境内以中低山貌为主袁坡度在 圆园毅 耀 猿缘毅
之间袁属以保护为主的生态公益型林场袁森林覆盖率
达 怨园郾 园苑豫 遥
员郾 圆摇 样本数据采集
试验区选取具有代表性的杉木幼龄尧中龄尧成熟
林作为固定光谱数据采集点袁光谱测定周期为 员 年
渊圆园员园 年 员要员圆 月冤袁测定间隔为 员 月袁并于每月上
旬在观测平台进行光谱数据测定遥
采用 粤杂阅野外光谱辐射仪对杉木冠层叶片光谱
进行测定遥 该光谱仪可以获取猿缘园 耀圆 缘园园 灶皂波长范
围内地物的光谱曲线袁光谱分辨率在 猿缘园 耀 员 源园园 灶皂
为猿 灶皂袁员 源园园 耀圆 缘园园 灶皂为 员园 灶皂遥 选择天气晴朗无
风的 员园院园园要员源院园园之间对样本冠层叶片光谱曲线进
行采集袁每个样点记录 猿园条光谱数据遥
采集仪器视场范围内 缘 耀 愿 个渊达到化学试验
所需数量冤冠层新生营养小枝样本袁置于保鲜袋中袁
并及时在实验室内利用分光光度法对叶绿素含量进
行提取遥
员郾 猿摇 数据预处理
员郾 猿郾 员摇 均值处理摇 对每个样点获取的 猿园 条数据进
行分析袁剔除有明显异常的数据袁以剩余数据的平均
值作为该样点的光谱反射率遥
员郾 猿郾 圆摇 平滑处理摇 采用 缘 点加权平滑法对经过均
值处理的光谱数据进行平滑处理袁可消除由仪器引
起的随机误差袁又可很好地保持原有光谱特性袁其算
法如下院
灶 越 咱渊皂 原圆冤 辕 源 垣 渊皂 原 员冤 辕 圆 垣皂 垣 渊皂 垣 员冤 辕 圆 垣
渊皂 垣圆冤 辕 源暂 辕 圆郾 缘袁
式中院 灶 为过滤窗口中间点的加权均值袁皂 是平滑
前对应波段数据点的值遥
员郾 猿郾 猿摇 微分处理摇 光谱的一阶微分渊差分冤可近似
表达为渊张良培袁 圆园园缘冤院
砸忆渊姿蚤冤 越 咱砸渊姿蚤垣员冤 原 砸渊姿蚤原员冤暂 辕 圆驻姿袁
式中院 姿蚤为每个波段的波长曰 砸忆渊姿蚤冤 为波长为 姿蚤的
一阶微分光谱曰 驻姿为 姿蚤原员 到 姿蚤 的间隔遥
员郾 源摇 红边参数
植被对光谱反射率在 远愿园 耀 苑远园 灶皂区域呈现陡
峭的爬行脊袁将其称之为红边渊 则藻凿 藻凿早藻冤遥 对红边
参数的拟合大多采用微分法尧倒高斯模型拟合法尧多
项式拟合法尧拉格朗日内插法或四点线性内插法
渊胡昊等袁 圆园园怨冤遥 本研究通过计算光谱反射率在
远愿园 耀 苑远园 灶皂之间的光谱一阶微分来计算 员员 个红
边参数袁这些参数包括院 员冤 红边位置渊姿则藻凿 冤院 光谱
猿圆
林 业 科 学 源愿 卷摇
反射率一阶微分值在 远愿园 耀 苑远园 灶皂范围内达最大时
所对应的波长曰 圆冤 红边振幅渊凿姿则藻凿冤院当波长为红边
时对应的一阶微分值曰 猿冤 红边峰值面积渊移凿姿则藻凿冤院
光谱一阶微分光谱在 远愿园 耀 苑远园 灶皂之间的所包围的
面积曰 源冤 红谷位置渊蕴燥冤院光谱反射率一阶微分值在远源园 耀 远愿园 灶皂范围内达最小时所对应的波长曰 缘冤 红
谷幅值渊砸燥冤院 远源园 耀 远愿园 灶皂 范围内袁一阶微分的最
小值曰 远冤 红谷面积渊杂砸燥冤院 红谷范围内袁一阶微分
光谱所包围的面积曰 苑冤 红边宽度渊蕴憎蚤凿贼澡冤院 红吸收
谷深度一半处的宽度曰 愿冤 最小振幅渊凿姿皂蚤灶 冤院 波长
在 远愿园 耀 苑远园 灶皂 之间的一阶微分最小值曰 怨冤 近红
外平台位置渊姿晕陨砸冤院 光谱曲线在红边向长波方向
过渡的第 员 个包络线点遥 光谱反射率的一阶微分值
在 远愿园 耀 苑愿园 灶皂波长范围内出现第 员 个低谷时对应
的波长曰 员园冤 近红外平台振幅渊凿姿晕陨砸冤院 当波长为近
红外平台位置时所对应的光谱反射率的一阶微分
值曰 员员冤 红边幅值各向异性指数渊阅皂葬曾 辕 阅皂蚤灶冤院 在红
边平面内袁红边幅值最大值与最小值之比遥
图 员摇 模型建立流程
云蚤早援 员摇 悦则藻葬贼蚤灶早 皂燥凿藻造 枣造燥憎糟澡葬则贼
员郾 缘摇 月孕神经网络模型
月孕神经网络是一种多层前馈型神经网络袁体现
了神经网络模型中最精华的部分袁可以实现从输入
到输出的任意非线性映射遥 由于其权值的调整采用
反向传播渊遭葬糟噪 责则燥责葬早葬贼蚤燥灶冤学习算法袁故将其称为
月孕神经网络遥 在光谱分析中袁月孕 神经网络是一种
重要的模式识别方法袁特别适合解决复杂的映射问
题渊梁亮等袁 圆园园怨冤遥
员郾 远摇 遗传算法渊郧粤冤
遗传算法渊郧藻灶藻贼蚤糟 粤造早燥则蚤贼澡皂袁简称 郧粤冤是一种
借鉴生物界自然选择和遗传机制而发展起来的高度
并行尧自适应全局优化随机搜索方法遥 遗传算法的
基本操作包括院 遗传编码方法尧适应度函数尧遗传操
作和运行参数遥 遗传算法优化 月孕 神经网络初始权
值阈值袁使优化后的网络具有更优的网络性能袁实现
更好的预测输出袁算法要素包括种群初始化尧适应度
函数尧选择操作尧交叉操作和变异操作遥
圆摇 过程与结果
本研究以 缘远 组数据作为研究样本遥 从总体 缘远
组样本数据中随机抽取 源园 组样本作为建模数据袁剩
余 员远 组数据作为模型检验数据遥
圆郾 员摇 估算模型建立流程
基于 孕悦粤的 郧粤鄄月孕神经网络估算叶绿素含量
模型的建立包括院 孕悦粤提取 员员 个红边参数主成分尧
月孕神经网络拓扑结构确定尧遗传算法优化网络初始
权值阈值以及 月孕神经网络预测 源 个部分遥 此算法
流程如图 员 所示遥
圆郾 圆摇 主成分分析渊孕悦粤冤实现
主成分分析可以消除原始变量间的共线性袁在
源圆
摇 第 怨 期 李永亮等院 基于红边参数与 孕悦粤的 郧粤鄄月孕神经网络估算叶绿素含量模型
有效保留原始数据信息的前提下袁对数据进行降维袁
进而减少输入层神经网络个数袁改善网络拓扑结构
与预测效果遥 借助 酝粤栽蕴粤月 砸圆园员园 软件进行杉木
冠层叶片 员员 个红边参数的主成分分析袁提取主成分
相关指标遥 扎泽糟燥则藻 函数标准化 员员 个红边参数袁
责则蚤灶糟燥皂责函数提取主成分遥
各主成分特征值及各自贡献率如表 员 所示院 前
苑 个互不相关的主成分累计贡献率达到了 怨缘豫以
上袁包含了原有参数的绝大部分信息袁可替代原有参
数建立预测模型遥 所有样本前 苑 个主成分得分如表
圆 所示遥 从样本主成分得分数据中袁随机抽取 源园 个
数据作为 月孕 神经网络训练数据袁其余样本数据作
为网络仿真预测数据遥
表 员摇 主成分特征值及各自贡献率
栽葬遭援 员摇 悦澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟 增葬造怎藻泽 燥枣 贼澡藻 责则蚤灶糟蚤责葬造
糟燥皂责燥灶藻灶贼泽 葬灶凿 则藻泽责藻糟贼蚤增藻 糟燥灶贼则蚤遭怎贼蚤燥灶
主成分孕则蚤灶糟蚤责葬造糟燥皂责燥灶藻灶贼
特征值悦澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟增葬造怎藻
方差贡献率灾葬则蚤葬灶糟藻糟燥灶贼则蚤遭怎贼蚤燥灶渊豫 冤
累计贡献率粤糟糟怎皂怎造葬贼蚤增藻糟燥灶贼则蚤遭怎贼蚤燥灶渊豫 冤
员 猿郾 园愿源 圆愿郾 园猿远 圆愿郾 园猿远
圆 圆郾 缘园园 圆圆郾 苑圆怨 缘园郾 苑远源
猿 员郾 苑怨圆 员远郾 圆怨缘 远苑郾 园缘怨
源 员郾 员源猿 员园郾 猿怨缘 苑苑郾 源缘源
缘 园郾 苑愿猿 苑郾 员员远 愿源郾 缘苑园
远 园郾 苑园苑 远郾 源圆怨 怨园郾 怨怨怨
苑 园郾 源远缘 源郾 圆圆缘 怨缘郾 圆圆源
愿 园郾 圆圆园 圆郾 园园猿 怨苑郾 圆圆苑
怨 园郾 员远猿 员郾 源愿源 怨愿郾 苑员员
员园 园郾 员圆园 员郾 园怨源 怨怨郾 愿园缘
员员 园郾 园圆员 园郾 员怨缘 员园园郾 园园园
表 圆摇 前 苑 个主成分得分
栽葬遭援 圆摇 杂糟燥则藻泽 燥枣 贼澡藻 枣蚤则泽贼 泽藻增藻灶 责则蚤灶糟蚤责葬造 糟燥皂责燥灶藻灶贼泽
样本号杂葬皂责造藻 灶怎皂遭藻则
主成分 孕则蚤灶糟蚤责葬造 糟燥皂责燥灶藻灶贼
员 圆 猿 源 缘 远 苑
员 原 圆郾 怨园苑 怨 原 员郾 怨苑愿 园 原 园郾 缘缘缘 圆 原 园郾 猿怨远 源 原 园郾 园苑缘 愿 原 园郾 员员苑 缘 原 园郾 缘园园 园
圆 原 员郾 猿源苑 愿 原 员郾 园苑圆 圆 原 园郾 苑猿缘 猿 园郾 员猿圆 愿 园郾 园园愿 圆 园郾 缘源猿 缘 原 园郾 员远圆 源
猿 原 圆郾 缘缘圆 圆 原 园郾 园源猿 源 园郾 怨苑源 缘 原 圆郾 园圆远 愿 原 园郾 远远圆 远 原 员郾 猿愿员 苑 原 园郾 远园猿 圆
源 原 圆郾 缘怨愿 园 原 员郾 猿猿苑 缘 原 圆郾 苑源缘 怨 园郾 苑愿愿 园 原 园郾 员圆远 怨 园郾 怨苑园 园 园郾 缘愿怨 缘
缘 原 圆郾 员怨员 远 园郾 缘园猿 源 原 员郾 员缘圆 愿 原 园郾 圆猿源 猿 原 园郾 愿缘园 猿 原 园郾 猿缘员 圆 园郾 缘猿园 圆
远 园郾 缘苑远 员 员郾 愿远愿 苑 原 园郾 员猿圆 苑 原 园郾 缘园苑 源 原 员郾 园缘员 猿 原 园郾 圆圆源 缘 园郾 圆缘员 愿
噎 噎 噎 噎 噎 噎 噎 噎
缘猿 原圆郾 远远员 员 猿郾 缘园圆 猿 员郾 员源苑 员 原 员郾 猿缘猿 愿 圆郾 圆员圆 缘 圆郾 源园怨 源 园郾 怨怨源 怨
缘源 原 园郾 苑远源 圆 原 园郾 猿苑源 远 园郾 园猿园 苑 原 园郾 缘员员 员 原 园郾 员员员 怨 园郾 园圆源 愿 原 园郾 圆远园 园
缘缘 园郾 园远源 源 原 员郾 猿愿怨 苑 园郾 缘园苑 缘 园郾 缘猿源 苑 园郾 园苑怨 园 园郾 缘愿远 圆 原 园郾 远苑缘 怨
缘远 园郾 苑园缘 愿 园郾 圆怨苑 缘 员郾 源员圆 愿 原 员郾 猿缘苑 员 原 园郾 缘园员 缘 原 园郾 圆园愿 怨 原 园郾 猿猿员 怨
圆郾 猿摇 郧粤鄄月孕神经网络模型参数设置
单隐层前向网络能以任意精度逼近任意 员 个非
线性函数袁即用仅含 员 个隐含层的 月孕 神经网络袁就
能逼近任意的非线性连续系统袁本研究即采用 猿 层
网络拓扑结构的 月孕神经网络模型遥
隐含层神经元数对 月孕 神经网络的预测精度影
响较大袁神经元数太多袁网络训练时间过长袁且容易
出现过拟合曰 神经元数太少袁网络不能很好的学习袁
训练精度将受到影响遥 但因网络映射和训练过程存
在复杂性和不确定性袁隐含层神经元数的确定仍无
固定解析式定义袁而主要依据对求解问题获得的先
验知识遥 为避免出现过拟合现象袁达到最佳训练精
度袁本研究中将隐含层神经元数分别设定为 源袁远袁愿袁
员园袁员圆 以及 员源 进行仿真预测遥
设定隐含层传递函数为 贼葬灶泽蚤早袁输出层传递函数
为 责怎则藻造蚤灶袁网络训练函数为基于数值最优化理论中
蕴藻增藻灶遭藻则早鄄酝葬则择怎葬则凿贼 渊 贼则葬蚤灶造皂 冤袁 最大训练次数为
员 园园园次袁训练要求精度为 园郾 园园园 园员袁学习速率为
园郾 园员袁其余参数采用系统默认值遥
采用 皂葬责皂蚤灶皂葬曾 函数分别对训练数据进行归
一化和对预测数据进行反归一化处理袁以取消各维
数据数量级间的差别袁避免因数量级差别而影响网
络性能遥
遗传算法实现院 种群初始化袁采用实数编码方
法对每个个体进行编码袁遗传算法进化次数设定为
员缘袁种群规模设定为 员缘曰 适应度函数袁由个体得到
月孕 神经网络的初始权值和阈值袁用训练数据训练
月孕神经网络后进行预测输出袁将预测输出与期望输
出之间的误差绝对值和作为个体适应度值曰 选择操
作袁采用轮盘赌法进行选择操作曰 交叉操作袁采用实
数交叉法袁交叉概率设定为 园郾 猿曰 变异操作袁变异概
率设定为 园郾 员遥
圆郾 源摇 模型预测结果
隐含层神经元数设定为 源袁远袁愿袁员园袁员圆 以及 员源
时袁遗传算法优化过程中个体平均适应度与最优个
体适应度变化袁分别如图 圆 耀 苑 所示遥
缘圆
林 业 科 学 源愿 卷摇
图 圆摇 隐含层 源 个神经元时个体平均适应度渊葬冤和最优个体适应度渊遭冤变化
云蚤早援 圆摇 悦澡葬灶早藻泽 蚤灶 葬增藻则葬早藻 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊葬冤 葬灶凿 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 贼澡藻 遭藻泽贼 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊遭冤
憎蚤贼澡 源 灶藻怎则燥灶泽 蚤灶 澡蚤凿凿藻灶 造葬赠藻则泽
适应度曲线终止代数 越 员缘摇 云蚤贼灶藻泽泽 糟怎则增藻 栽藻则皂蚤灶葬贼蚤燥灶 早藻灶藻则葬贼蚤燥灶 越 员缘
下同遥 栽澡藻 泽葬皂藻 遭藻造燥憎援
图 猿摇 隐含层 远 个神经元时个体平均适应度渊葬冤和最优个体适应度渊遭冤变化
云蚤早援 猿摇 悦澡葬灶早藻泽 蚤灶 葬增藻则葬早藻 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊葬冤 葬灶凿 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 贼澡藻 遭藻泽贼 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊遭冤
憎蚤贼澡 远 灶藻怎则燥灶泽 蚤灶 澡蚤凿凿藻灶 造葬赠藻则
图 源摇 隐含层 愿 个神经元时个体平均适应度渊葬冤和最优个体适应度渊遭冤变化
云蚤早援 源摇 悦澡葬灶早藻泽 蚤灶 葬增藻则葬早藻 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊葬冤 葬灶凿 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 贼澡藻 遭藻泽贼 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊遭冤
憎蚤贼澡 愿 灶藻怎则燥灶泽 蚤灶 澡蚤凿凿藻灶 造葬赠藻则
摇 摇 以上优化过程发现院 当隐含层神经元数设定为
源袁远袁愿袁员园袁员圆 以及 员源 时袁最佳个体适应度均可达到
猿 以下袁可对 月孕 神经网络权值阈值进行最优初始
化遥 经初始化后的网络经训练后发现院 网络训练结
果均达到 园郾 园园园 园员 精度要求袁且训练次数较少渊最
大为 愿 次冤袁训练时间短袁说明基于主成分分析
远圆
摇 第 怨 期 李永亮等院 基于红边参数与 孕悦粤的 郧粤鄄月孕神经网络估算叶绿素含量模型
图 缘摇 隐含层 员园 个神经元时个体平均适应度渊葬冤和最优个体适应度渊遭冤变化
云蚤早援 缘摇 悦澡葬灶早藻泽 蚤灶 葬增藻则葬早藻 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊葬冤 葬灶凿 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 贼澡藻 遭藻泽贼 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊遭冤
憎蚤贼澡 员园 灶藻怎则燥灶泽 蚤灶 澡蚤凿凿藻灶 造葬赠藻则
图 远摇 隐含层 员圆 个神经元时个体平均适应度渊葬冤和最优个体适应度渊遭冤变化
云蚤早援 远摇 悦澡葬灶早藻泽 蚤灶 葬增藻则葬早藻 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊葬冤 葬灶凿 灶 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 贼澡藻 遭藻泽贼 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊遭冤
憎蚤贼澡 员圆 灶藻怎则燥灶泽 蚤灶 澡蚤凿凿藻灶 造葬赠藻则
图 苑摇 隐含层 员源 个神经元时个体平均适应度变化曰渊遭冤 院最优个体适应度变化
云蚤早援 苑摇 悦澡葬灶早藻泽 蚤灶 葬增藻则葬早藻 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊葬冤 葬灶凿 枣蚤贼灶藻泽泽 燥枣 贼澡藻 遭藻泽贼 蚤灶凿蚤增蚤凿怎葬造 渊遭冤
憎蚤贼澡 员源 灶藻怎则燥灶泽 蚤灶 澡蚤凿凿藻灶 造葬赠藻则
渊孕悦粤冤与遗传算法渊郧粤冤建立的 月孕 神经网络具有
较好的网络性能遥
圆郾 缘摇 模型预测精度检验
利用 员远 组检验数据对训练得到的 远 个基于
孕悦粤的 郧粤鄄月孕神经网络模型预测精度进行检验袁以
砸圆袁砸酝杂耘和相对误差作为检验标准袁检验结果如表
猿 所示院
以 员远 组实测数据为横坐标袁员远 组网络预测数
苑圆
林 业 科 学 源愿 卷摇
摇 摇 摇 表 猿摇 模型精度检验结果比较
栽葬遭援 猿摇 悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 燥枣 责则藻糟蚤泽蚤燥灶 贼藻泽贼 则藻泽怎造贼泽 燥枣
藻泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 皂燥凿藻造泽
隐含层节点数晕怎皂遭藻则 燥枣 灶燥凿藻蚤灶 澡蚤凿凿藻灶 造葬赠藻则
拟合方程云蚤贼贼蚤灶早 藻择怎葬贼蚤燥灶
检验指标 栽藻泽贼 蚤灶凿藻曾
砸圆 砸酝杂耘
相对误差砸藻造葬贼蚤增藻 藻则则燥则渊豫冤
源 赠 越 园郾 远苑缘曾 垣 园郾 缘远员 园郾 怨猿远 园郾 员远源 苑郾 园远猿
远 赠 越 园郾 怨愿苑曾 垣 园郾 园怨员 园郾 怨源员 园郾 园远猿 圆郾 怨猿员
愿 赠 越 园郾 苑猿缘曾 垣 园郾 缘源缘 园郾 怨源缘 园郾 园远苑 圆郾 远苑苑
员园 赠 越 园郾 愿苑员曾 垣 园郾 猿猿源 园郾 怨苑远 园郾 园远园 圆郾 远圆愿
员圆 赠 越 园郾 愿员猿曾 垣 园郾 源苑远 园郾 怨远圆 园郾 园愿园 猿郾 源圆怨
员源 赠 越 园郾 愿园猿曾 垣 园郾 猿缘园 园郾 怨源愿 园郾 园怨园 猿郾 怨园圆
据为纵坐标建立拟合模型袁拟合曲线分别如图 愿 所
示遥 结合表 猿 和图 愿 可知院 隐含层神经元数设定为
员园 时袁 砸圆 达到 园郾 怨苑远袁 预测平均相 对 误 差 为
圆郾 远圆愿豫 袁预测精度达到 怨苑郾 猿苑圆豫 袁具有相对最优的
预测效果曰 其余神经元数的预测效果稍有降低袁以
神经元数设定为 源 时渊砸圆 越 园郾 怨猿远袁平均相对误差为
苑郾 园远猿豫 袁预测精度达到 怨圆郾 怨远源豫 冤相对预测效果
最差遥
图 愿摇 叶绿素含量预测值和实测值的比较
云蚤早援 愿摇 悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 遭藻贼憎藻藻灶 贼澡藻 责则藻凿蚤糟贼藻凿 增葬造怎藻 葬灶凿 贼澡藻
皂藻葬泽怎则藻凿 增葬造怎藻 燥枣 糟澡造燥则燥责澡赠造造 糟燥灶贼藻灶贼
粤院 源 个神经元 云燥怎则 灶藻怎则燥灶泽曰 月院 远 个神经元 杂蚤曾 灶藻怎则燥灶泽曰 悦院 愿 个
神经元 耘蚤早澡贼 灶藻怎则燥灶泽曰阅院 员园 个神经元 栽藻灶 灶藻怎则燥灶泽曰 耘院 员圆 个神经
元 栽憎藻造增藻 灶藻怎则燥灶泽曰 云院 员源 个神经元 云燥怎则贼藻藻灶 灶藻怎则燥灶泽
猿摇 结论与讨论
员冤 本研究建立的基于红边参数的 孕悦粤 的单隐
层不同神经元数 郧粤鄄月孕 的网络模型可对叶绿素含
量进行高精度的估算袁预测精度均可达到 怨圆郾 园豫以
上袁最高预测精度达到 怨苑郾 猿苑圆豫 遥
圆冤 利用高光谱特征参数估算植被冠层叶绿素
含量已开展了大量研究遥 但研究成果大多面向农作
物袁以统计分析方法为主袁少有报道用于估算森林乔
木树种冠层叶片叶绿素含量的神经网络模型遥 本研
究提取杉木冠层叶片红边参数袁结合 孕悦粤与 郧粤鄄月孕
神经网络模型原理袁建立可用于估算杉木冠层叶片
叶绿素含量的模型袁证明此种方法是可行的遥 此种
模型也为实现其他树种冠层叶片叶绿素含量估算提
供了科学参考遥
猿冤 高光谱数据为深入进行森林各项研究提供
了信息量充足的数据源遥 利用高光谱数据进行准确
的叶绿素含量估测就显得极具价值遥 成功实现高光
谱遥感技术大区域快速尧实时尧无损色素监测森林叶
绿素含量变化袁将对模拟尧还原尧保护森林生态系统
提供科学支撑遥
参 考 文 献
黄春燕袁王登伟袁张煜星援 圆园园怨援基于棉花红边参数的叶绿素密度及
叶面积指数的估算援农业工程学报袁圆缘渊增刊 圆冤院 员猿苑 原 员源员援
胡摇 昊袁白由路袁杨俐苹袁等援 圆园园怨援不同氮营养冬小麦冠层光谱红边
特征分析援植物营养与肥料学报袁员缘渊远冤院 员猿员苑 原 员猿圆猿援
吉海彦袁王鹏新袁严泰来援 圆园园苑援冬小麦活体叶片叶绿素和水分含量与
反射光谱的模型建立援光谱学与光谱分析袁圆苑渊猿冤院缘员源 原 缘员远援
焦全军袁张摇 霞袁张摇 兵袁等援 圆园园远援基于叶片光谱的森林叶绿素浓度
反演研究援国土资源遥感袁圆院 圆远 原 猿园援
李摇 欢援 圆园园怨援基于高光谱数据的柑桔叶绿素含量估算研究援 西南
大学硕士学位论文援
李敏夏袁张林森袁李丙智袁等援 圆园员园援 苹果叶片高光谱特征与叶绿素含
量和 杂孕粤阅值的关系援西北林学院学报袁圆缘渊圆冤院 猿缘 原 猿怨援
梁摇 亮袁刘志宵袁杨敏华袁等援 圆园园怨援基于可见 辕近红外反射光谱的稻米
品种与真伪鉴别援红外与毫米波学报袁圆愿渊缘冤院 猿缘猿 原 猿缘远援
浦瑞良袁宫 摇 鹏援 圆园园园援 高光谱遥感及其应用援 北京院 高等教育出版
社援
沈摇 燕援 圆园园远援植被生化组分高光谱遥感定量反演研究要要要以西双
版纳地区为例援 南京信息工程大学博士学位论文援
童庆禧袁郑兰芬袁王晋年袁等援 圆园园员援 湿地植被成像光谱遥感研究援 遥
感学报袁员渊员冤院 缘园 原 缘苑援
吴长山袁项月琴援 圆园园园援利用高光谱数据对作物群体叶绿素密度估算
的研究援遥感学报袁源渊猿冤院圆圆愿 原 圆猿圆援
杨摇 峰袁范亚民袁李建龙袁等援 圆园员园援高光谱数据估测稻麦叶面积指数
和叶绿素密度援农业工程学报袁圆远渊圆冤院圆猿苑 原 圆源猿援
张良培袁张立福援 圆园园缘援高光谱遥感援武汉院 武汉大学出版社援
匀藻造皂蚤 在 酝 杂袁 酝燥澡葬皂葬凿 粤 酝 杂袁 粤扎葬凿藻澡 郧援 圆园园远援 匀赠责藻则泽责藻糟贼则葬造 则藻皂燥贼藻
泽藻灶泽蚤灶早 燥枣 增藻早藻贼葬贼蚤燥灶 怎泽蚤灶早 则藻凿 藻凿早藻 责燥泽蚤贼蚤燥灶 贼藻糟澡灶蚤择怎藻泽援 粤皂藻则蚤糟葬灶
允燥怎则灶葬造 燥枣 粤责责造蚤藻凿 杂糟蚤藻灶糟藻泽袁 猿渊远冤院员愿远源 原 员愿苑员援
匀燥则造藻则 阅 晕 匀袁 月葬则遭藻则 允袁 月葬则则蚤灶早藻则 粤 砸援 员怨愿园援 耘枣枣藻糟贼泽 燥枣 澡藻葬增赠 皂藻贼葬造泽
燥灶 贼澡藻 葬遭泽燥则遭葬灶糟藻 葬灶凿 则藻枣造藻糟贼葬灶糟藻 泽责藻糟贼则葬 燥枣 责造葬灶贼泽援 陨灶贼藻则灶葬贼蚤燥灶葬造
允燥怎则灶葬造 燥枣 砸藻皂燥贼藻 杂藻灶泽蚤灶早袁 员渊圆冤院员圆员 原 员猿远援
愿圆
摇 第 怨 期 李永亮等院 基于红边参数与 孕悦粤的 郧粤鄄月孕神经网络估算叶绿素含量模型
陨灶燥怎藻 再袁 孕藻灶怎藻造怎泽 允袁 晕燥怎藻增造造燥灶 再袁 藻贼 葬造援 圆园园员援 匀赠责藻则泽责藻糟贼则葬造
则藻枣造藻糟贼葬灶糟藻 皂藻葬泽怎则藻皂藻灶贼泽 枣燥则 藻泽贼蚤皂葬贼蚤灶早 藻糟燥鄄责澡赠泽蚤燥造燥早蚤糟葬造 泽贼葬贼怎泽 燥枣
责造葬灶贼泽援 杂孕陨耘袁 源员缘员院员缘猿 原 员远猿援
允燥早燥 砸 粤袁 悦怎贼造藻则 酝 耘袁 悦怎则则葬灶 孕 允援 员怨怨怨援 耘泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶 燥枣 糟葬灶燥责赠
糟澡造燥则燥责澡赠造造 糟燥灶糟藻灶贼则葬贼蚤燥灶 枣则燥皂 枣蚤藻造凿 葬灶凿 葬蚤则遭燥则灶藻 泽责藻糟贼则葬援 砸藻皂燥贼藻
杂藻灶泽蚤灶早 燥枣 耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼袁 远愿渊猿冤袁 圆员苑 原 圆圆源援
酝怎贼葬灶早葬 韵袁 杂噪蚤凿皂燥则藻 粤 运援 圆园园苑援 砸藻凿 藻凿早藻 泽澡蚤枣贼 葬灶凿 遭蚤燥糟澡藻皂蚤糟葬造
糟燥灶贼藻灶贼 蚤灶 早则葬泽泽 糟葬灶燥责蚤藻泽援 陨杂孕砸杂 允燥怎则灶葬造 燥枣 孕澡燥贼燥早则葬皂皂藻贼则赠 葬灶凿
砸藻皂燥贼藻 杂藻灶泽蚤灶早袁 远圆渊员冤院猿源 原 源圆援
孕蚤灶葬则 粤援 员怨怨远援 郧则葬泽泽 糟澡造燥则燥责澡赠造造 葬灶凿 贼澡藻 则藻枣造藻糟贼葬灶糟藻 则藻凿 藻凿早藻援
陨灶贼藻则灶葬贼蚤燥灶葬造 允燥怎则灶葬造 燥枣 砸藻皂燥贼藻 杂藻灶泽蚤灶早袁 员苑渊圆冤院猿缘员 原 猿缘苑援
栽澡燥皂葬泽 允 砸袁 郧葬怎泽皂葬灶 匀 宰援 员怨苑苑援 蕴藻葬枣 则藻枣造藻糟贼葬灶糟藻 增泽援 造藻葬枣 糟澡造燥则燥责澡赠造造
葬灶凿 糟葬则燥贼藻灶燥蚤凿 糟燥灶糟藻灶贼则葬贼蚤燥灶泽 枣燥则 藻蚤早澡贼 糟则燥责泽援 粤早则燥灶 允袁 远园 渊 缘 冤院
苑怨怨 原 愿园圆援
渊责任编辑摇 王艳娜冤
叶林业科学曳编辑部荣获全国生态建设突出贡献奖先进集体
怨 月 圆源 日袁全国林业科学技术大会在北京召开遥 国家林业局局长赵树丛主持会议袁中共中央政治局委
员尧国务院副总理尧全国绿化委员会主任回良玉作了重要讲话遥 会上还对 愿圆 个全国林业科技工作先进集体
和 员猿猿 名先进个人进行了表彰遥 叶林业科学曳编辑部荣获野全国生态建设突出贡献奖先进集体冶称号遥
野全国生态建设突出贡献奖冶是国家林业局为表彰在全国生态建设中业绩突出尧成效显著的先进集体而
设立袁旨在弘扬先进袁激励全社会投身生态建设尧发展生态文明袁全国共有 圆源园 个单位荣获此称号遥 叶林业科
学曳编辑部一直以来坚持为林业中心工作服务袁为林业科技自主创新服务袁为广大林业科技工作者服务遥 坚
持维护学术民主袁坚守学术品格袁规范化管理袁确保期刊质量曰以座谈会尧讲座尧短信平台尧博客等多种方式和
作者尧审稿人尧保持互动袁提高影响力袁做到开门办刊曰在组稿中抓好选题袁在服务林业中心工作与坚守学术期
刊本位之间找准结合点袁为林业生态建设建提供科技支撑曰编辑人员以强烈的事业心和使命感袁克服困难袁努
力工作袁形成了编辑部自律守德尧无私奉献的团队精神遥 圆园员员 年在全国源 怨猿远种科技期刊中遴选出的员 怨怨愿种
核心期刊中袁期刊综合评价总分排名第 远袁已连续 苑 年被评为中国科协精品科技期刊工程项目袁在国家出版
领域获得多项表彰奖励袁在顶尖科技期刊群中为林业争得位置遥
荣誉称号的获得是对叶林业科学曳编辑部工作和成绩的肯定袁也将激励编辑部不断开拓袁锐意进取袁积极
投身生态建设袁扎实工作袁为推动现代林业科学发展尧建设生态文明尧实现绿色增长做出更大贡献遥
怨圆