基于无人机遥感的采动影响区冬小麦生物量分布特征

王静, 郭文兵, 陈志超, 白二虎

王静,郭文兵,陈志超,等. 基于无人机遥感的采动影响区冬小麦生物量分布特征[J]. 煤炭学报,2025,50(6):3044−3057. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2024.1386
引用本文: 王静,郭文兵,陈志超,等. 基于无人机遥感的采动影响区冬小麦生物量分布特征[J]. 煤炭学报,2025,50(6):3044−3057. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2024.1386
WANG Jing,GUO Wenbing,CHEN Zhichao,et al. Biomass distribution law of winter wheat in mining-affected area based on UAV remote sensing[J]. Journal of China Coal Society,2025,50(6):3044−3057. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2024.1386
Citation: WANG Jing,GUO Wenbing,CHEN Zhichao,et al. Biomass distribution law of winter wheat in mining-affected area based on UAV remote sensing[J]. Journal of China Coal Society,2025,50(6):3044−3057. DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2024.1386

基于无人机遥感的采动影响区冬小麦生物量分布特征

基金项目: 

国家自然科学基金联合基金重点资助项目(U21A20108,U22A20620);河南省国际科技合作重点资助项目(251111521200)

详细信息
    作者简介:

    王 静(2000—),女,山西大同人,硕士研究生。E-mail: 2509522411@qq.com

    通讯作者:

    白二虎(1989—) ,男,河南周口人,教授,硕士生导师。E-mail: baieh@hpu.edu.cn

  • 中图分类号: TD88;S512;S127

Biomass distribution law of winter wheat in mining-affected area based on UAV remote sensing

  • 摘要:

    为了监测煤矿采动影响下耕地损毁范围和程度,探索地表沉陷与植被长势之间的响应关系,以河南新郑种植的冬小麦为研究对象,利用无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)激光雷达结合实时动态定位技术(Real-Time Kinematic, RTK)监测采煤沉陷情况,并验证地表高程与沉降数据的精度,基于UAV多光谱影像提取植被指数及纹理特征,采用皮尔逊相关性分析法筛选数据,结合田间同步实测生物量数据,构建决策树回归(DTR)、随机森林回归(RFR)以及支持向量回归(SVR)的生物量反演模型,通过决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)筛选出最佳模型,以确定研究区冬小麦生物量的空间分布反演结果。结果表明:① 所选植被指数(VIs)与纹理特征(TFs)均与生物量显著相关,与单一变量相比,植被指数和纹理特征结合作为输入变量,模型估算精度最高,且采用SVR模型预测精度最高;② 研究区生物量在Ⅲ级(414~661 g/m2)和Ⅳ级(662~822 g/m2)的区域占整体的66.4%,表明大部分样本的生物量集中在中高范围,生物量低于414 g/m2的小麦区域占25.93%,说明植被长势受采动影响严重;③ 采动影响下从返青期到拔节期的下沉值与拔节期冬小麦生物量之间存在明显的负相关关系,即随着下沉值的增大,冬小麦生物量减小,在冬小麦返青期到拔节期下沉量大于2.1 m,生物量等级为Ⅰ级。研究结果为制定精确的土地复垦和生态修复策略提供了依据,为煤粮复合区耕地产能提升提供技术支撑。

    Abstract:

    In order to monitor the scope and extent of cultivated land damage caused by coal mining, the relationship between surface subsidence and vegetation growth was explored, and winter wheat planted in Xinzheng, Henan Province was selected as the research object. Unmanned Aerial Vehicle(UAV)laser radar combined with RTK technology was used to monitor coal mining subsidence, and the accuracy of surface elevation and subsidence data was verified. Vegetation indices and texture features were extracted based on UAV multi-spectral images, and Pearson correlation analysis was used for screening. Biomass inversion models were constructed using decision tree regression (DTR), random forest regression (RFR), and support vector regression (SVR) based on field-synchronous biomass data. The best model was selected based on the coefficient of determination (R2) and root mean square error (RMSE). The final spatial distribution inversion results of winter wheat biomass in the study area were obtained. The results show that: ① The selected vegetation indices and texture features were significantly correlated with biomass, and the combination of vegetation indices and texture features as input variables achieved the highest estimation accuracy. The SVR model had the highest prediction accuracy. ② Biomass in regions III (414–661 g/m2) and IV (662–822 g/m2) accounted for 66.4% of the total, indicating that most samples concentrated in the middle and high biomass range. The area with wheat biomass below 414 g/m2 accounted for 25.93%, indicating that vegetation growth was severely affected by mining. ③ Under the influence of mining, a significant negative correlation was found between the subsidence value from the regreening to the jointing stage and the biomass of winter wheat at the jointing stage. The biomass of winter wheat decreased with the increase of subsidence values. When the subsidence of winter wheat from the regreening stage to the jointing stage exceeded 2.1 m, the biomass grade was grade I. The results of the study provide an important basis for the development of precise land reclamation and ecological restoration strategies and provide technical support for enhancing arable land production capacity in the coal-grain composite area.

  • 煤炭作为我国的主体能源与重要的工业原料,肩负着保障国家能源供应以及推动社会经济发展的重大使命,在我国能源生产和消费领域的主体地位短期内难以发生改变[1]。然而,长期以来,煤炭资源的高强度、大规模的开采过程不可避免引发生态环境损伤,加剧了水土流失、耕地损失、植被退化,严重制约了我国生态文明建设的进程[2-3]。大范围监测矿区采动影响下农作物损毁情况,探索地表沉陷与植被长势之间的响应关系,已成为我国粮食安全和能源安全面临的重大难题。

    目前,国内外学者对矿区地表沉陷监测领域的研究正不断深入且呈多元化趋势,例如,郭文兵等[4]设立地表岩移观测站,并结合实时动态定位技术(Real - Time Kinematic,RTK)与三维激光扫描技术进行实时监测,分析了浅埋深厚煤层高强度开采地表沉陷特征。黄广才等[5]在地形复杂大面积山区的煤矿,采用合成孔径雷达干涉测量技术进行开采沉降监测,该技术因其全天候作业能力、广泛的覆盖范围、高精度测量及低成本等显著优势,已成为精准监测矿区沉陷变化的重要手段之一[6-7]。曾光等[8]利用数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)对数据进行差分解算,并基于长时间序列Sentinel-1数据,动态监测煤矿区地面沉降问题,形成了一套基于多数据源的采煤沉陷区早期识别方法。CAN等[9]利用精密水准技术连续监测矿区地下开采所形成的水平和垂直位移,并以此确定了沉陷参数。张程等[10]、ILIA等[11]、LIU等[12]利用卫星遥感技术在矿区地表形变相关研究中取得了丰富成果,分析矿山地表移动、变形下沉、倾斜等形变类型,探究了沉积物厚度与地表沉陷、变形速率之间的关系,评估了矿区地表沉陷对地面基础设施稳定性的影响等。在矿区地表沉陷监测领域,传统方法如水准监测虽能提供高精度的数据,但该方法受限于作业范围、成本及人力需求。卫星遥感技术虽具备大范围覆盖和高效监测的能力,但无法对处于开采过程中的矿区进行实时、动态、有效的监测。相比之下,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)监测沉陷技术结合了高分辨率影像采集、灵活部署与实时数据处理技术,具备安全、精确和高效的优势,克服了传统监测方法的局限性,能够迅速获取大范围地区的地表变形信息。

    煤矿开采沉陷会对周边环境产生多方面的影响,其中植被的变化是一个重要的方面。监测采动影响下农作物的生长状况,对保障矿区农业生产、制定科学合理的土地复垦和生态修复方案具有重要意义。传统的作物生长监测方法,包括人工取样和肉眼观察,此类方法不仅费时费力,而且会对作物原有生长造成严重破坏[13]。目前,遥感技术已广泛应用于作物生长监测,具有高效、实时、无损、人工成本低、监测面积大等优点[14]。马超等[15]利用长时序植被指数研究了神东、潞安、彬长矿区的植被变化趋势,分析了归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)对采矿活动、气候变化的响应关系;李晶等[16]利用综合森林特征指数与NDVI探究了矿区土地覆盖变化情况,重构了矿区森林覆盖与采矿扰动之间的关系。李长春等[17]利用UAV高清数码影像估测大豆育种材料叶面积指数(Leaf Area Index,LAI),快速、有效、无损地获取大豆育种材料的长势信息。田明璐等[18]使用低空UAV平台的成像光谱仪获取地表农作物高光谱影像,经过数据处理构建了棉花叶片叶绿素相对含量的反演模型,得到了很好的预测效果。肖武等[19-20]在矿区沉陷地利用UAV遥感技术反演并分析玉米的叶绿素和生物量,结果表明,玉米叶绿素和生物量随着地表高程的升高而增大至最大值后,略微下降后便稳定在某一值。SWOISH等[21]利用卫星图像有效估计了多样化物种组成的田地中覆盖作物的生物量,发现高分辨率和高频率的卫星成像能够提高生物量估算的准确性。目前,国内外学者对于时段性沉陷过程中植被响应效应的监测研究仍存在欠缺,而采动影响下植被关键生育期的长势情况对后续产能起着极为重要的作用。因此,笔者聚焦于煤矿开采过程,采用UAV搭载激光雷达镜头,结合RTK技术,监测矿区冬小麦从返青期到拔节期的地表沉陷情况,并运用UAV搭载多光谱相机,结合地面实测样本数据,研究以植被指数、纹理特征反演作物生物量表征耕地损毁程度的可行性。通过应用生物量反演模型,分区分析时段性沉陷植被的响应效应,旨在为煤粮复合区优化煤炭开采与农业生产的布局,评估煤炭开采对不同区域植被的影响程度,实现煤粮复合区经济发展与生态保护双赢局面,同时,可依据分析结果建立动态监测体系,实时掌握植被变化情况,及时调整生态保护策略,确保煤粮复合区的可持续发展。

    研究区位于河南省新郑煤电赵家寨煤矿12203工作面,该煤矿位于河南省新郑市西部,行政区划属新郑市辛店镇和城关镇及新密市大隗镇管辖,其地理坐标为东经113°34′00″—113°43′00″,北纬34°23′30″—34°26′30″。矿区内主要河流为双洎河,属淮河水系。双洎河自西北向东南流经本井田,河流流量受季节影响较大,其流量旱季小、雨季大。矿区的主要自然灾害为气象灾害,降雨集中,雨量大时低洼区易形成水涝,雨量小时易造成干旱。矿区不受岩崩、滑坡、泥石流等灾害的威胁。赵家寨煤矿地处山地丘陵地带,矿区地表地貌以丘陵黄土为主,地表冲沟纵横交错,地形高低起伏明显。黄土作为河南省西部、中部和北部地区的主要土壤类型,拥有深厚的土层,能够为农作物根系提供广阔的生长空间,且富含一定矿物质养分,保水性较好,在适度湿度下适耕性强。研究区主要实行冬小麦与夏玉米的轮作模式,其中,冬小麦一般于当年10月种植,次年6月收获,该区域是重要的粮食产区。

    井田北部以大隗断层为界,南部西段以欧阳寺断层为界,南部东段以新密公路为界,西部以煤−800 m底板等高线为界,东部以贾梁断层和煤露头线为界。矿区内海拔标高一般在101~145 m,平均约为122 m,相对高差约为74 m。12203工作面井下位于12采区东翼下部,东邻岳庄断层保护煤柱,南邻徐庄断层保护煤柱,西邻12采区上山保护煤柱,北邻已回采12205工作面。工作面平均煤厚约12 m,开采深度约280 m,自2023年5月18日开采,平均每天开采约2 m,走向560 m,倾向220 m,开采导致大量农田出现沉陷、裂缝等情况,影响作物的正常生长;开采区北侧有虾塘,由于沉陷促使虾塘范围扩大,从而影响作物生长。整个工作面在开采过程中,沉陷波动较大,故在开采区设置4条平行于工作面走向的平行采样线,开采区东部有虾塘,沿着虾塘以西布设采样点,每条平行线均匀设置12个采样点,共48个采样点(图1)。本次UAV激光雷达观测试验时间为2024年3月8日(冬小麦返青期)和2024年3月31日(冬小麦拔节期),UAV多光谱的观测试验和生物量采集时间为2024年3月31日(冬小麦拔节期),拔节期被认为是冬小麦生物量反演模型精度最高的阶段,与后期产量有着显著相关性[22-23],该阶段是利用生物量监测冬小麦长势的关键时期。

    图  1  研究区概况和采样点布设
    Figure  1.  Study area and layout of sampling points

    UAV机身采用大疆Matrice 350 RTK,搭载禅思L1镜头,L1镜头的平面精度为10 cm @ 50 m,高程精度为5 cm @ 50 m,测距精度为3 cm @ 100 m,最多支持回波数量为3。为了保证激光雷达数据的可利用性,根据所需试验要求、研究区面积和UAV性能等方面,规划UAV飞行区域的大小并设计航线。由于多旋翼UAV具有良好的飞行能力,稳定性能良好,可以在任意高度,较低的航速下进行飞行试验。为了保证航线间激光雷达数据拼接准确,在设计飞行航线时要按规定的航高和设计的方向直线飞行,并保持各航线的相互平行。试验飞行高度为80 m,飞行速度为8 m/s,飞行带宽为214 m,旁向重叠度为20%,共计8条相互垂直的往返航线,组成十字交叉,这样可以有效地减少图像边缘效应带来激光雷达数据之间的点距误差。

    使用DJI Terra处理原始的激光雷达点云数据,按照100%的点云密度进行处理,点云有效距离范围设置3~300 m,坐标系为Beijing 1954/3-degree Gauss-Kruger zone 38,高程设置为Yellow Sea 1956 height,拼接合并形成las数据。机载LiDAR系统在采集数据的过程中会受到低飞的飞行物(如鸟类或飞机)的影响,该系统可能误将这些物体反射回来的信号当作被测目标的反射信号记录下来,测量过程中利用LiDAR360软件移除由多路径误差或激光测距仪误差引起的极低点噪声点,以提高数据质量。

    UAV机身采用大疆Matrice 300 RTK,搭载AQ600Pro多光谱成像系统,集成5个多光谱通道和1个RGB通道,光谱通道为蓝光、绿光、红光、红边和近红外(表1),焦距为7.84 mm,同时UAV内置GPS和IMU系统,飞行时间为10:00—13:00。起飞前手动控制UAV飞行至校准白板的正上方约80 cm处,采用AQ600Pro相机单摄模式拍摄标准白板。UAV的飞行模式按照提前规划的S型航线飞行,航向重叠度80%,旁向重叠度60%,UAV飞行高度为180 m,成图分辨率为7.92 cm,传感器镜头垂直向下,拍照模式为等距间隔,共获取了约4 000张影像。

    表  1  多光谱相机各波段波长及带宽
    Table  1.  Wavelength and bandwidth of each band of multi-spectral camera
    波段波长/nm带宽/nm
    蓝光45030
    绿光55527
    红光66022
    红边72010
    近红外84030
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    获取影像后,利用Yusense Map拼接软件将其拼接以获得多光谱影像,并以多光谱的可见光影像为参考影像,使用ArcGIS10.8软件取3个控制点进行几何校正,且几何校正误差在0.5个像元之内。经上述预处理后即获取到UAV多光谱影像,用于后续做生物量反演。

    为不影响试验精度,在多光谱数据采集结束后,立刻进行生物量采集,样品采集过程中选择周围小麦长势均匀的样点进行采样,每个采样点采集面积为20 cm×20 cm,共布设48个采样点(图1),采集结束后将样品装入自封袋里并标记编号,同时用RTK记录各采样点中心的精确位置信息。样品处理时,将植株置于温度为105 ℃的烘箱杀青1 h,杀青后的植株在温度为80 ℃的烘箱中烘至恒质量,取出植株对其称重,并根据实测样品质量和采集面积计算出每平方米的生物量。拔节期冬小麦干生物量统计特征见表2

    表  2  拔节期冬小麦生物量统计特征
    Table  2.  Statistical characteristics of winter wheat biomass at jointing stage
    样点数量/个 平均值/(g·m−2) 最大值/(g·m−2) 最小值/(g·m−2) 标准差/(g·m−2) 标准误差/(g·m−2)
    48 599.98 1010.75 211 278.62 40.21
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    在下沉值提取过程中,运用LiDAR360软件的改进渐进加密三角网滤波算法对地面点进行分类,并提取2024年3月8日(冬小麦返青期)和2024年03月31日(冬小麦拔节期)的数字高程模型,使用ArcGIS中的栅格计算器做差,得到该时间段内研究区的沉陷情况(图2)。图2中红色区域表示该区域下沉值较高,蓝色区域表示该区域下沉值较低,最大下沉值为3.27 m。

    图  2  研究区冬小麦返青期到拔节期沉陷情况
    Figure  2.  Subsidence of winter wheat from regreening stage to jointing stage in the study area

    针对研究区下沉值开展沉陷等值线的绘制工作,将已获取的研究区下沉值对应的TIF格式数据导入至ArcGIS软件工作空间,采用ArcGIS中的等值线工具,设定等值线间距为0.5 m,其余参数保持软件默认状态,生成6条沉陷等值线,分别对应沉陷值为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 和3.0 m。

    不同的植被种类以及生长条件会对不同波长波段的入射光产生不同的吸收与散射效应,进而表征出植被与入射光之间的光谱响应特性[24]。植被指数(Vegetation Indices,VIs)是将不同波段的反射率以线性或非线性的方式组合计算所得,与单一光谱反射率相比,VIs对植被生长的响应更为敏感,能够有效减弱环境背景对冠层光谱反射率的影响[25-26]。依据前人的研究成果,选取15个植被指数来进行植被生长监测(表3)。

    表  3  用于反演冬小麦生物量的植被指数计算公式
    Table  3.  Calculation formula of vegetation indices for winter wheat biomass inversion
    植被指数 计算式 文献
    归一化植被指数(NDVI) (RNIRRR)/(RNIR+RR) [27]
    差值植被指数(DVI) RNIRRR [28]
    增强植被指数(EVI) 2.5(RNIRRR)/(RNIR+6RR−7.5RB+1) [29]
    优化土壤调节植被指数(OSAVI) 1.16(RNIRRR)/(RNIR+RR+0.16) [30]
    绿色归一化植被指数(GNDVI) (RNIRRG)/(RNIR+RG) [27]
    比率植被指数(RVI) RNIR/RR [30]
    土壤调整植被指数(SAVI) 1.5(RNIRRR)/(RNIR+RR+0.5) [31]
    改进比值植被指数(MSR) [(RNIR/RR)−1]/(RNIR/RR+1)0.5 [29]
    重归一化植被指数(RDVI) (RNIRRR)/(RNIR+RR)0.5 [29]
    三角形植被指数(TVI) 60(RNIRRG)−100(RRRG) [29]
    植被色素比值指数(PPR) (RGRB)/(RG+RB) [32]
    红边归一化植被指数(NDVIRE) (RNIRRRE)/(RNIR+RRE) [32]
    过红指数(EXR) 1.4RRRG [32]
    增强植被指数2(EVI2) (RNIRRR)/(1+RNIR+2.4RR) [20]
    归一化绿度指数(NDGI) (RGRR)/(RG+RR) [20]
      注:RBRGRRRRERNIR分别为蓝光波段、绿光波段、红光波段、红边波段、近红外波段的反射率。
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    基于ENVI5.6软件,运用灰度共生矩阵法提取多光谱影像5个波段的8种纹理特征[33],包括均值(MEA)、方差(VAR)、同质性(HOM)、对比度(CON)、相异性(DIS)、熵(ENT)、二阶矩(SEM)和相关性(COR),计算过程见表4

    表  4  纹理特征及其计算公式
    Table  4.  Texture feature and its calculation formula
    纹理特征 公式
    MEA $ {\text{MEA}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}} $
    VAR $ \operatorname{VAR}=\displaystyle\sum_{i, j=0}^{N-1}\left[\left(P_{i j}-\mu\right)^2 /(N-1)\right]$
    HOM $ {\text{HOM}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i\dfrac{{{P_{ij}}}}{{1 + {{(i - j)}^2}}}} $
    CON $ {\text{CON}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}{{(i - j)}^2}} $
    DIS $ {\text{DIS}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}|i - j|} $
    ENT $ {\text{ENT}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}( - \ln {P_{ij}})} $
    SEM $ {\text{SEM}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}^2} $
    COR $ {\text{COR}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {ij{P_{ij}} - {\mu _1}{\mu _2}} $
    $ {\mu _1} = \displaystyle\sum\limits_{i = 0}^{N - 1} i \displaystyle\sum\limits_{j = 0}^{N - 1} {{P_{ij}}} $
    $ {\mu _2} = \displaystyle\sum\limits_{j = 0}^{N - 1} j \displaystyle\sum\limits_{i = 0}^{N - 1} {{P_{ij}}} $
      注:ij为灰度级,取值范围为0~N−1;N为灰度级总数;μ为均值,μ1为关于行的均值,μ2为关于列的均值;Pij为相对频率。上述均无单位。
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    多光谱影像的像元大小为0.079 m,在ArcGIS 10.6中,根据生物量采集坐标点,使用10 pixel×10 pixel窗口(0.79 m×0.79 m)计算每个坐标点的纹理特征平均值。生物量采样地尺寸为0.2 m×0.2 m,遥感影像的纹理特征提取窗口覆盖的区域要大于采样点。在生物量采集过程中,选择长势均匀的小麦样点进行采样,能够有效减少由生物量变化引起的噪声,以确保样本的代表性。生物量数据最终以g/m2为单位,纹理特征提取需要考虑的尺度通常比单个样地采样点要大,因此选择0.2~1.0 m范围内的窗口,平衡纹理特征提取的细节与生物量采样地的尺度差异,有效捕捉了小麦生长的纹理特征。

    实地共采集48个生物量样方数据,随机选取样本数据的70%(33组数据)进行模型反演,剩下的30%(15组数据)来作验证模型精度评价[34]。使用决策树回归(Decision Tree Regression,DTR)、随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)和支持向量回归(Support Vector Regression ,SVR) 3种机器学习算法分别建立冬小麦拔节期生物量反演模型,以上回归算法均在python中使用sklearn工具包实现。

    1) DTR。决策树起源于机器学习理论,是解决分类和回归问题的非参数监督学习方法。决策树采用的是从高层次特征到低层次特征解决问题的思想。DTR模型是一种树状结构,建立模型时需要从决策树的根节点开始,逐步向下决策得到最终结果。但是DTR模型容易出现过拟合的现象,使得模型的泛化能力很低[35]

    2) RFR。随机森林是一种有监督的机器学习方法,由多棵决策树构成,每棵决策树通过对训练集进行随机抽样来独立生成,并基于其抽样的数据进行训练。决策树节点在分裂时随机选择特征,降低了模型的过拟合风险。RFR具有高准确性和强泛化能力,能够有效处理高维数据,适应性强,适合解决复杂的回归问题。模型的输出结果由所有决策树的预测结果进行平均,从而提高了整体预测精度[36]

    3) SVR。支持向量机是一种基于结构风险最小化原理发展起来的有监督的机器学习算法,用来解决模式识别和数据分析的回归和分类问题,其原理是将数据通过非线性变换映射到高维特征空间,在该空间建立线性模型来拟合回归函数。但是SVM算法难以实现大规模样本的训练,且无法解决多分类问题[37]

    文中采用决定系数(R2)、均方根误差(RMSE) 2个指标来评价模型的精度。其中R2值越接近1则表明模型预测精度越高,RMSE值越小表明模型精度越高,预测值与实测值越接近。计算过程如下:

    $$ {R}^{2}=1-\frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}({y}_{i}-{{\hat y}_{i}}{)}^{2}}}{{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}{({y}_{i}-\overline{y})}^{2}}} $$ (1)
    $$ \text{RMSE}=\sqrt{\frac{1}{n}\sum _{i=1}^{n}{\left({y}_{i}-{{\hat y}}_{i}\right)}^{2}} $$ (2)

    式中:n为样本数量;yi为实测值;${\hat y_i}$为预测值;$\bar y$为实测值的均值。

    为了确保UAV激光雷达监测数据的精度,文中在每期激光雷达监测中,采用RTK技术对布设的7个地面观测点进行测量(观测点位置如图2所示,点号按从左至右的顺序排列),以获取观测点的平面坐标和高程数据。将地面观测点测得的高程与UAV激光雷达生成的DEM相应点的高程进行对比(表5)。2期地面观测点高程与点云数据最大误差为0.099 1 m,最小误差为0.002 4 m,平均误差量为0.034 2 m,满足激光雷达数据获取技术规范(CH/T8024—2011)中有关测测量精度要求。

    表  5  地表沉陷观测点RTK数据与点云数据对比
    Table  5.  Comparison of RTK data of surface subsidence observation points and point cloud data
    观测点编号 第1期高程及误差/m 第2期高程及误差/m
    RTK数据 点云数据 误差 RTK数据 点云数据 误差
    1 124.664 124.564 9 0.099 1 124.482 124.436 4 0.045 6
    2 122.020 122.051 0 −0.031 0 121.732 121.746 0 −0.014 0
    3 118.225 118.205 1 0.019 9 115.529 115.553 5 −0.024 5
    4 111.922 111.876 0 0.046 0 110.900 110.839 1 0.060 9
    5 111.396 111.429 6 −0.033 6 111.166 111.126 5 0.039 5
    6 111.629 111.649 7 −0.020 7 111.517 111.519 4 −0.002 4
    7 110.279 110.299 6 −0.020 6 110.245 110.223 8 0.021 2
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    将2期地面观测点测得的高程数据相减得到的下沉值与2期UAV激光雷达生成的DEM相减得到的下沉值进行比较(表6)。比较结果显示,下沉值最大误差为0.073 1 m,下沉值最小误差为0.014 9 m,平均下沉值误差量为0.037 6 m。文中监测结果符合矿区地表沉陷量监测的精度要求[38]

    表  6  地表沉陷观测点RTK数据与点云数据下沉值对比
    Table  6.  Comparison of subsidence values between RTK data of surface subsidence observation points and point cloud data
    观测点编号 RTK数据差/m DEM高程差/m 下沉值误差/m
    1 0.182 0.128 0.053 5
    2 0.288 0.305 −0.017 0
    3 2.696 2.652 0.044 4
    4 1.022 1.037 −0.014 9
    5 0.230 0.303 −0.073 1
    6 0.112 0.130 −0.018 3
    7 0.034 0.076 −0.041 8
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    将15个植被指数与冬小麦生物量进行皮尔逊相关性分析(图3),15个植被指数与拔节期冬小麦生物量有较好的相关性,其中NDVI、DVI、EVI、OSAVI、GNDVI、RVI、SAVI、MSR、RDVI、TVI、NDVIRE、EXR、EVI2、NDGI与冬小麦生物量均达到极显著水平(P < 0.01),NDVIRE与冬小麦生物量的相关系数最大,为0.78。选择相关系数排名前9的光谱变量作为拔节期冬小麦生物量反演模型输入变量:NDVIRE、EVI2、MSR、GNDVI、EVI、OSAVI、RVI、SAVI、RDVI。

    图  3  植被指数与生物量相关性分析
    注:*和**分别表示在P < 0.05,P < 0.01水平显著相关。
    Figure  3.  Correlation analysis between vegetation indices and biomass

    为了解决输入特征有限和光谱特征饱和的问题,文中引用纹理特征作为附加输入变量,对于不同波段对冬小麦生物量的相关性分析如图4所示。蓝、绿、红、红边、近红外波段的相关系数绝对值均为0.6左右,且均为极显著相关。

    图  4  波段与生物量相关性分析
    注:*和**分别表示在P < 0.05,P < 0.01水平显著相关。
    Figure  4.  Correlation analysis of bands and biomass

    故提取5个波段的8种纹理特征,包括MEA、VAR、HOM、CON、DIS、ENT、SEM和COR,纹理特征与冬小麦生物量的相关分析见表7。蓝、红、红边波段上的8种纹理特征与生物量的相关系数达到极显著相关水平(P < 0.01),且B_MEA、G_MEA、RE_MEA、NIR_MEA、NIR_VAR、NIR_ENT、NIR_SEM红波段的8中纹理特征与拔节期冬小麦生物量相关系数绝对值均大于0.6。G_MEA、R_MEA、RE_MEA的相关系数绝对值大于0.70(P < 0.01)。G_VAR、G_HOM、G_CON、G_DIS、G_ENT、G_SEM、G_COR和NIR_COR未表现出显著相关。选择相关系数绝对值为0.6(P < 0.01)以上的纹理特征为拔节期冬小麦生物量反演模型输入变量:B_MEA、G_MEA、RE_MEA、NIR_MEA、NIR_VAR、NIR_ENT、NIR_SEM、R_MEA、R_VAR、R_HOM、R_CON、R_DIS、R_ENT、R_SEM、R_COR。

    表  7  纹理特征与生物量的相关性分析
    Table  7.  Correlation analysis of texture features and biomass
    纹理特征波段(Band)
    蓝(Blue)绿(Green)红(Red)红边(RedEdge)近红外(NIR)
    MEA−0.60**−0.75**−0.70**−0.72**0.63**
    VAR−0.53**−0.22−0.63**−0.46**0.63**
    HOM0.50**0.200.61**0.44**−0.55**
    CON−0.50**−0.18−0.61**−0.44**0.54**
    DIS−0.50**−0.18−0.61**−0.44**0.55**
    ENT−0.53**−0.22−0.68**−0.45**0.66**
    SEM0.53**0.210.68**0.46**−0.63**
    COR0.48**0.160.67**0.46**−0.09
      注:*和**分别表示在P < 0.05,P < 0.01水平显著相关。
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    根据上述方法,确定植被指数和纹理特征的最终输入变量,分别构建植被指数、纹理特征、植被指数和纹理特征结合与拔节期冬小麦生物量反演模型,采用DTR、RFR和SVR这3种机器学习模型。所构建模型的准确性如图5所示。

    图  5  各模型生物量预测值与实测值之间的关系
    注:纹理特征(Texture Features, TFs)
    Figure  5.  Relationship between predicted and measured biomass values for each model

    根据图5所示的不同输入变量,以植被指数作为模型输入变量构建反演模型时,SVR模型的R2最高,达到0.61,其次是RFR模型(0.53),而DTR模型的R2最低,为0.44;从RMSE来看,RFR模型表现最佳,其均方根误差最低。以纹理特征作为输入变量构建反演模型时,RFR模型R2最高,达到0.76,其次是SVR模型(0.72),而DTR模型R2最低,为0.60。从RMSE来看,SVR模型表现最佳,其均方根误差最低。在使用植被指数和纹理特征结合作为输入变量时,SVR模型的反演效果最佳,相较于DTR模型,其R2提高了21.7%,RMSE降低了19.54%;相比于RFR模型,SVR模型的R2提高了5%,RMSE降低了8.52%。在不同输入变量下,SVR模型在植被指数与纹理特征结合作用下表现最佳,尤其在反演精度方面,相较于其他模型(DTR和RFR),SVR模型的R2和RMSE均表现出明显的优势。不同模型对不同输入变量的适应性不同,选择合适的模型对于提高反演精度至关重要。

    综合3种不同机器学习算法的结果,相较于仅使用植被指数作为输入变量,采用植被指数和纹理特征结合作为输入变量时,3种模型的反演精度均有所提高。其中,DTR模型R2提高了56.82%,RMSE降低了33.14%;RFR模型R2提高了50.94%,RMSE降低了21.69%;SVR模型的R2提高了37.70%,RMSE降低了30.36%。在结合植被指数和纹理特征作为输入变量时,3种机器学习模型的反演精度均得到提升。DTR模型在R2和RMSE的改善方面表现最好,而RFR和SVR模型的表现也有所增强。纹理特征的加入对模型精度有显著提升作用。不同算法对输入特征的响应不同,因此选择合适的特征组合对于提高模型的反演精度至关重要。

    根据上述研究,采用训练好的SVR模型对研究区拔节期冬小麦地表生物量进行反演(图6)并对非小麦区进行掩膜处理。反演结果中,蓝色区域表示该区域生物量低,绿色区域表示该区域生物量高。获得研究区冬小麦生物量介于202.49~1084.01 g/m2,平均值为613.08 g/m2,标准差为254.89 g/m2。这与表2中的统计结果平均生物量(599.98 g/m2)和标准差(278.62 g/m2)较为一致。此结果进一步验证了基于UAV多光谱数据建立拔节期冬小麦生物量反演模型的有效性。采用自然间断分类法,基于数据的固有特征,识别出数据值之间的自然分割点,从而将研究区冬小麦地表干生物量划分为5个等级(表8)。研究区生物量主要分布于414~822 g/m2,属于Ⅲ级(414~661 g/m2)和Ⅳ级(661~822 g/m2),该区域占整体的66.4%,表明大部分样本的生物量集中在中高范围。生物量低于414 g/m2的小麦区域占25.93%,研究区小麦生物量偏低,表明小麦的生长受采动影响严重。

    图  6  基于支持向量回归模型拔节期冬小麦生物量反演图
    Figure  6.  Biomass inversion map of winter wheat at jointing stage based on support vector model
    表  8  基于SVR模型冬小麦反演生物量分级
    Table  8.  Biomass classification of winter wheat inversion based on SVR model
    生物量等级 生物量/(g·m−2) 占比/%
    0~361 14.63
    362~414 11.30
    415~661 21.21
    662~822 45.19
    ≥823 7.67
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    在研究区域内,多数耕地集中分布于道路北侧,且同一地块的土壤特性高度均一。经调研,该区域小麦品种、耕作条件以及田间管理措施差异均不明显。因而,此次分析选取道路北侧的地块作为研究对象。在距开切眼110 m以内的位置处有虾塘,在虾塘西侧沿走向方向均匀布设数据分析区域,该区域为12 m×110 m的矩形,每个矩形间隔30 m,共计13个,记录每个数据分析区域中心位置距开切眼的距离,并提取生物量与下沉值平均值。研究区采煤工作面沿走向方向从返青期到拔节期的下沉值与拔节期冬小麦生物量关系如图7所示,图7中,蓝色折线表示返青期到拔节期距始采线的距离与下沉值之间的关系;红色柱状表示距始采线的距离与拔节期冬小麦生物量之间的关系。

    图  7  冬小麦走向方向生物量与地表下沉值
    Figure  7.  Biomass and surface subsidence values in the direction of winter wheat heading

    依据图7中的信息显示,采煤位置在120~300 m,下沉值呈上升趋势,生物量呈下降趋势;采煤位置在330~420 m,下沉值呈下降趋势,生物量呈上升趋势;采煤位置在300~330 m,下沉值最大,生物量最小;采煤位置在120~210 m,该区域地表趋于稳沉,其生物量也未发生较大变化;采动影响下从返青期到拔节期的下沉值与拔节期冬小麦生物量之间存在明显的负相关关系,即随着下沉值的增大,冬小麦生物量减小。

    为探究采动影响下从返青期到拔节期下沉值与冬小麦生物量之间的关系,将研究区下沉值图(图2)等值线划分的6个区域,计算每个等值线围成的区域下沉量和生物量平均值。研究区按沉陷等值线分区下沉量与冬小麦生物量关系如图8所示,由图8可以看出,生物量与下沉值之间呈负相关性,拟合曲线方程如下:

    图  8  冬小麦生物量与地表下沉值
    Figure  8.  Winter wheat biomass and surface subsidence values
    $$ y=\frac{339.341}{1+\exp\left(\dfrac{x-2.017}{{0.267}}\right)}+298.9 $$ (3)

    由式(3)可知,生物量与下沉值拟合曲线的R2为0.93,表明该回归模型对数据的拟合程度较好。由拟合曲线可知,随着地表下沉值的增大,生物量逐渐减少;当地表下沉值大于2.1 m,生物量等级为Ⅰ级;当地表下沉值小于1 m,生物量趋于稳定。反映在冬小麦返青期到拔节期这一重要生长阶段,地面短期大幅度沉陷导致地表变形和裂缝产生,引发小麦根系断裂,从而改变根系生长范围内土壤的保水性能[39]。具体表现为,土壤含水率、硬度、全氮和全磷显著降低,尤其是在地表扰动较为严重的区域,土壤孔隙度显著升高[40]。这些土壤质量变化直接影响了小麦根系的生长环境,进而阻碍了小麦的正常生长发育。

    UAV多光谱遥感技术能够快速获取高分辨率的多光谱影像数据,从而在植被监测中提供可靠的数据支撑。许多研究都集中在提取光谱信息来监测作物生长,但在植被冠层盖度较高时,光谱信息容易饱和;在植被稀疏区域,容易受到土壤背景反射率的影响。单纯依靠光谱信息难以准确反映植被的生长状态和生物量等关键指标。已有研究表明,UAV图像的纹理信息可以准确预测冬小麦生物量[41-42],红波段的纹理特征在表征冬小麦纹理信息方面更有优势。

    因此,文中引入基于植被指数和纹理特征构建拔节期冬小麦生物量反演模型,当使用植被指数和纹理特征组合作为输入变量时,3种模型的精度均有不同程度的提高,其中SVR模型的预测精度最高,与使用单一变量植被指数作为输入变量相比,其R2提高了37.70%。GLEASON等[43]使用SVR生成了最准确的生物量模型。结果表明,将纹理特征与植被指数相结合可以提高生物量的预测精度,这一结果与已有的研究结果一致[44-46]。原因在于纹理特征能够提供更加细致的植被结构信息,揭示植被的空间分布特性、叶片排列方式以及植被群落的疏密程度等,结合光谱和纹理信息,可以有效克服单纯依赖光谱数据及其饱和度的局限性。此外,即使存在噪声和土壤背景的影响,纹理信息也比植被指数更加稳定,有效地降低了天气条件和土壤背景的干扰[47-48]。未来的研究可以探究引入更多的冠层结构参数,如冠层高度、冠层覆盖度、LAI等,通过结合这些新变量,优化这些参数的结合方式,能够更全面地反映植被的生长状态和空间结构,进而提升模型在不同环境条件下的适用性和鲁棒性,为更精确的生物量估算提供新的思路和方法。

    文中聚焦于煤矿开采过程中采动对冬小麦生物量空间分布的影响。利用UAV激光雷达技术监测采动区地面沉陷情况,并结合RTK技术进行精度分析。在高程精度分析中,2期地面观测点高程数据与点云数据的平均误差量为0.0342 m,满足激光雷达数据获取技术规范(CH/T8024—2011)的要求;在下沉值精度分析中,平均下沉值误差为0.0376 m,符合矿区地表沉陷量监测精度标准。冬小麦返青期到拔节期阶段内,研究区最大下沉值为3.27 m。研究结果表明,激光雷达技术能够有效满足采动区沉陷监测的精度需求,且该区域受采煤扰动影响严重。

    在此基础上,进一步分析了采煤扰动对冬小麦生物量分布的影响。研究区冬小麦属于返青期到拔节期快速生长期,此阶段的营养状况直接影响小麦的生物量积累以及最终的产量潜力。在此阶段受采动影响地表的下沉值骤增,其冬小麦生物量对比其他区域也表现出明显偏低,进一步反映出该区域的耕地损毁严重,生态平衡遭到破坏。根据研究,在返青期到拔节期阶段内,地表下沉值最大的区域,生物量最小;当地表下沉值大于2.1 m,生物量等级为Ⅰ级;当地表下沉值小于1 m,生物量趋于稳定。地表下沉量与冬小麦植被长势有明显的负相关关系。

    在接下来的研究中,应在小麦生长的各个时期同步进行采煤沉陷量的监测、UAV多光谱影像和地面植被数据的采集,以便于更加准确地把握采动影响下植被长势的动态响应关系,为制定动态矿区生态修复策略和农业生产调整方案提供坚实的科学依据,有助于深入理解生态系统的复杂性和适应性,为实现矿区可持续发展和生态环境保护的双重目标奠定基础。

    1)植被指数的相关性分析显示,红边归一化植被指数NDVIRE与生物量具有最好的相关性。在纹理特征相关性分析中,红波段的纹理特征与生物量相关性表现最佳。利用植被指数和纹理特征组合作为输入变量与单一变量相比,3种算法的模型精度均得到了大幅度提高。其中SVR模型在使用植被指数和纹理特征组合作为输入变量时,与仅使用植被指数作为输入变量相比,R2提高了37.70%,RMSE降低了30.36%。植被指数与纹理特征的结合有效提高了反演精度。

    2)基于最佳模型反演研究区进行拔节期冬小麦地表生物量,结果表明:遥感指标识别获得的研究区采煤沉陷耕地小麦生物量空间分布情况与地面样点描述性统计结果一致,其中研究区生物量主要分布于414~822 g/m2,属于Ⅲ级(414~661 g/m2)和Ⅳ级(662~822 g/m2)的区域占66.4%,生物量低于414 g/m2的冬小麦区域占25.93%,采煤沉陷区内小麦生物量偏低,表明采煤沉陷对小麦的生长产生了显著影响。

    3)生物量反演结果结合研究区冬小麦返青期到拔节期沉陷情况对照,采煤位置在330~420 m,地表下沉值呈下降趋势,生物量呈上升趋势;采煤位置在300~330 m,地表下沉值最大,生物量最小。在沉陷区内最大下沉值为3.27 m,根据下沉量与生物量的拟合结果,生物量与地表下沉值呈现负相关关系,且采煤沉陷和植被长势有很强的相关性。该研究有助于制定针对性的生态恢复措施,以减轻采煤沉陷对小麦生长的不利影响,同时也为评估采煤沉陷区农业生产潜力和制定合理的农业发展策略提供了重要参考。

  • 图  1   研究区概况和采样点布设

    Figure  1.   Study area and layout of sampling points

    图  2   研究区冬小麦返青期到拔节期沉陷情况

    Figure  2.   Subsidence of winter wheat from regreening stage to jointing stage in the study area

    图  3   植被指数与生物量相关性分析

    注:*和**分别表示在P < 0.05,P < 0.01水平显著相关。

    Figure  3.   Correlation analysis between vegetation indices and biomass

    图  4   波段与生物量相关性分析

    注:*和**分别表示在P < 0.05,P < 0.01水平显著相关。

    Figure  4.   Correlation analysis of bands and biomass

    图  5   各模型生物量预测值与实测值之间的关系

    注:纹理特征(Texture Features, TFs)

    Figure  5.   Relationship between predicted and measured biomass values for each model

    图  6   基于支持向量回归模型拔节期冬小麦生物量反演图

    Figure  6.   Biomass inversion map of winter wheat at jointing stage based on support vector model

    图  7   冬小麦走向方向生物量与地表下沉值

    Figure  7.   Biomass and surface subsidence values in the direction of winter wheat heading

    图  8   冬小麦生物量与地表下沉值

    Figure  8.   Winter wheat biomass and surface subsidence values

    表  1   多光谱相机各波段波长及带宽

    Table  1   Wavelength and bandwidth of each band of multi-spectral camera

    波段波长/nm带宽/nm
    蓝光45030
    绿光55527
    红光66022
    红边72010
    近红外84030
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    表  2   拔节期冬小麦生物量统计特征

    Table  2   Statistical characteristics of winter wheat biomass at jointing stage

    样点数量/个 平均值/(g·m−2) 最大值/(g·m−2) 最小值/(g·m−2) 标准差/(g·m−2) 标准误差/(g·m−2)
    48 599.98 1010.75 211 278.62 40.21
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    表  3   用于反演冬小麦生物量的植被指数计算公式

    Table  3   Calculation formula of vegetation indices for winter wheat biomass inversion

    植被指数 计算式 文献
    归一化植被指数(NDVI) (RNIRRR)/(RNIR+RR) [27]
    差值植被指数(DVI) RNIRRR [28]
    增强植被指数(EVI) 2.5(RNIRRR)/(RNIR+6RR−7.5RB+1) [29]
    优化土壤调节植被指数(OSAVI) 1.16(RNIRRR)/(RNIR+RR+0.16) [30]
    绿色归一化植被指数(GNDVI) (RNIRRG)/(RNIR+RG) [27]
    比率植被指数(RVI) RNIR/RR [30]
    土壤调整植被指数(SAVI) 1.5(RNIRRR)/(RNIR+RR+0.5) [31]
    改进比值植被指数(MSR) [(RNIR/RR)−1]/(RNIR/RR+1)0.5 [29]
    重归一化植被指数(RDVI) (RNIRRR)/(RNIR+RR)0.5 [29]
    三角形植被指数(TVI) 60(RNIRRG)−100(RRRG) [29]
    植被色素比值指数(PPR) (RGRB)/(RG+RB) [32]
    红边归一化植被指数(NDVIRE) (RNIRRRE)/(RNIR+RRE) [32]
    过红指数(EXR) 1.4RRRG [32]
    增强植被指数2(EVI2) (RNIRRR)/(1+RNIR+2.4RR) [20]
    归一化绿度指数(NDGI) (RGRR)/(RG+RR) [20]
      注:RBRGRRRRERNIR分别为蓝光波段、绿光波段、红光波段、红边波段、近红外波段的反射率。
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    表  4   纹理特征及其计算公式

    Table  4   Texture feature and its calculation formula

    纹理特征 公式
    MEA $ {\text{MEA}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}} $
    VAR $ \operatorname{VAR}=\displaystyle\sum_{i, j=0}^{N-1}\left[\left(P_{i j}-\mu\right)^2 /(N-1)\right]$
    HOM $ {\text{HOM}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i\dfrac{{{P_{ij}}}}{{1 + {{(i - j)}^2}}}} $
    CON $ {\text{CON}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}{{(i - j)}^2}} $
    DIS $ {\text{DIS}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}|i - j|} $
    ENT $ {\text{ENT}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}( - \ln {P_{ij}})} $
    SEM $ {\text{SEM}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {i{P_{ij}}^2} $
    COR $ {\text{COR}} = \displaystyle\sum\limits_{i,j = 0}^{N - 1} {ij{P_{ij}} - {\mu _1}{\mu _2}} $
    $ {\mu _1} = \displaystyle\sum\limits_{i = 0}^{N - 1} i \displaystyle\sum\limits_{j = 0}^{N - 1} {{P_{ij}}} $
    $ {\mu _2} = \displaystyle\sum\limits_{j = 0}^{N - 1} j \displaystyle\sum\limits_{i = 0}^{N - 1} {{P_{ij}}} $
      注:ij为灰度级,取值范围为0~N−1;N为灰度级总数;μ为均值,μ1为关于行的均值,μ2为关于列的均值;Pij为相对频率。上述均无单位。
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    表  5   地表沉陷观测点RTK数据与点云数据对比

    Table  5   Comparison of RTK data of surface subsidence observation points and point cloud data

    观测点编号 第1期高程及误差/m 第2期高程及误差/m
    RTK数据 点云数据 误差 RTK数据 点云数据 误差
    1 124.664 124.564 9 0.099 1 124.482 124.436 4 0.045 6
    2 122.020 122.051 0 −0.031 0 121.732 121.746 0 −0.014 0
    3 118.225 118.205 1 0.019 9 115.529 115.553 5 −0.024 5
    4 111.922 111.876 0 0.046 0 110.900 110.839 1 0.060 9
    5 111.396 111.429 6 −0.033 6 111.166 111.126 5 0.039 5
    6 111.629 111.649 7 −0.020 7 111.517 111.519 4 −0.002 4
    7 110.279 110.299 6 −0.020 6 110.245 110.223 8 0.021 2
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    表  6   地表沉陷观测点RTK数据与点云数据下沉值对比

    Table  6   Comparison of subsidence values between RTK data of surface subsidence observation points and point cloud data

    观测点编号 RTK数据差/m DEM高程差/m 下沉值误差/m
    1 0.182 0.128 0.053 5
    2 0.288 0.305 −0.017 0
    3 2.696 2.652 0.044 4
    4 1.022 1.037 −0.014 9
    5 0.230 0.303 −0.073 1
    6 0.112 0.130 −0.018 3
    7 0.034 0.076 −0.041 8
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    表  7   纹理特征与生物量的相关性分析

    Table  7   Correlation analysis of texture features and biomass

    纹理特征波段(Band)
    蓝(Blue)绿(Green)红(Red)红边(RedEdge)近红外(NIR)
    MEA−0.60**−0.75**−0.70**−0.72**0.63**
    VAR−0.53**−0.22−0.63**−0.46**0.63**
    HOM0.50**0.200.61**0.44**−0.55**
    CON−0.50**−0.18−0.61**−0.44**0.54**
    DIS−0.50**−0.18−0.61**−0.44**0.55**
    ENT−0.53**−0.22−0.68**−0.45**0.66**
    SEM0.53**0.210.68**0.46**−0.63**
    COR0.48**0.160.67**0.46**−0.09
      注:*和**分别表示在P < 0.05,P < 0.01水平显著相关。
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    表  8   基于SVR模型冬小麦反演生物量分级

    Table  8   Biomass classification of winter wheat inversion based on SVR model

    生物量等级 生物量/(g·m−2) 占比/%
    0~361 14.63
    362~414 11.30
    415~661 21.21
    662~822 45.19
    ≥823 7.67
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图(8)  /  表(8)
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-11-11
  • 刊出日期:  2025-06-24

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