园艺学报 ›› 2026, Vol. 53 ›› Issue (5): 1457-1476.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2025-0190
夏邱浩1,2,3, 马治浩1,2,3, 罗浪琴1,2,3, 陈天财1,2,3, 金强1,2,4, 王红霞5, 张锐3,*(
), 郭众仲2,*(
)
收稿日期:2025-08-13
修回日期:2025-12-18
出版日期:2026-05-25
发布日期:2026-05-26
通讯作者:
基金资助:
XIA Qiuhao1,2,3, MA Zhihao1,2,3, LUO Langqin1,2,3, CHEN Tiancai1,2,3, JIN Qiang1,2,4, WANG Hongxia5, ZHANG Rui3,*(
), GUO Zhongzhong2,*(
)
Received:2025-08-13
Revised:2025-12-18
Published:2026-05-25
Online:2026-05-26
Contact:
摘要:
为实现核桃园在不同水分处理下冠层叶片含水量快速、精准、无损的监测,探索一种基于高光谱技术的核桃叶片含水量无损检测方法。以‘温185’核桃为试验对象,测定核桃冠层叶片光谱和叶片含水率,对原始光谱数据进行一阶导数(FD)、去趋势(Detrend)、卷积平滑 + 一阶(SG + FD)、一阶 + 标准正态变化(FD + SNV)和标准正态变化 + 去趋势(SNV + Detrend)处理,通过离散二进制粒子群算法(BPSO)、连续投影算法(SPA)、无信息变量消除变换法(UVE)、竞争自适应重加权法(CARS)筛选特征波段组合,构建随机森林(RF)和极限学习机(ELM)模型,对比筛选最优核桃叶片含水量无损检测模型。通过建立不同特征波段组合的反演模型,FD-CARS-ELM方法建立的预测模型性能优于RF模型,训练集R2 = 0.909,RMSE = 1.515,RPD = 3.323;测试集R2 = 0.813,RMSE = 1.675,RPD = 2.328。
夏邱浩, 马治浩, 罗浪琴, 陈天财, 金强, 王红霞, 张锐, 郭众仲. 基于高光谱的核桃冠层叶片含水量估测模型研究[J]. 园艺学报, 2026, 53(5): 1457-1476.
XIA Qiuhao, MA Zhihao, LUO Langqin, CHEN Tiancai, JIN Qiang, WANG Hongxia, ZHANG Rui, GUO Zhongzhong. Estimation Model of Leaf Moisture Content in Walnut Canopy Based on Hyperspectral Technology[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2026, 53(5): 1457-1476.
| 生育期 Growth stage | 日期/(M-D) Date | 灌水次数Number of times watered | 灌水定额/(m3 · hm-2) Flooding quota | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 对照Control | W1 | W2 | W3 | W4 | |||
| 萌芽期Sprout stage | 04-05—04-14 | 1 | 1 500 | 1 500 | 1 500 | 1 500 | 1 500 |
| 开花期Flowering stage | 04-15—05-09 | 2 | 1 500 | 562.5 | 750 | 1 125 | 1 312.5 |
| 果实膨大期Fruit swelling period | 05-10—06-02 | 2 | 1 500 | 562.5 | 750 | 1 125 | 1 312.5 |
| 硬核期Hardcore period | 06-03—07-05 | 2 | 1 500 | 562.5 | 750 | 1 125 | 1 312.5 |
| 油脂转化期Oil conversion period | 07-06—08-31 | 2 | 1 500 | 562.5 | 750 | 1 125 | 1 312.5 |
| 成熟期Maturation stage | 09-01—09-25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 冬灌Winter irrigation | 11-01—11-20 | 1 | 1 500 | 1 500 | 1 500 | 1 500 | 1 500 |
| 合计Summation | 10 | 9 000 | 5 250 | 6 000 | 7 500 | 8 250 | |
表1 核桃树生育期划分及灌溉制度表
Table 1 Division of growth stages and irrigation system for walnut trees
| 生育期 Growth stage | 日期/(M-D) Date | 灌水次数Number of times watered | 灌水定额/(m3 · hm-2) Flooding quota | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 对照Control | W1 | W2 | W3 | W4 | |||
| 萌芽期Sprout stage | 04-05—04-14 | 1 | 1 500 | 1 500 | 1 500 | 1 500 | 1 500 |
| 开花期Flowering stage | 04-15—05-09 | 2 | 1 500 | 562.5 | 750 | 1 125 | 1 312.5 |
| 果实膨大期Fruit swelling period | 05-10—06-02 | 2 | 1 500 | 562.5 | 750 | 1 125 | 1 312.5 |
| 硬核期Hardcore period | 06-03—07-05 | 2 | 1 500 | 562.5 | 750 | 1 125 | 1 312.5 |
| 油脂转化期Oil conversion period | 07-06—08-31 | 2 | 1 500 | 562.5 | 750 | 1 125 | 1 312.5 |
| 成熟期Maturation stage | 09-01—09-25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 冬灌Winter irrigation | 11-01—11-20 | 1 | 1 500 | 1 500 | 1 500 | 1 500 | 1 500 |
| 合计Summation | 10 | 9 000 | 5 250 | 6 000 | 7 500 | 8 250 | |
| 预处理方法简称 Preprocessing method abbreviation | 注释 Annotation | 参考文献 Reference |
|---|---|---|
| RAW | 原始数据 Raw data | 彭望琭, |
| MMS | 离差标准化 Deviation standardization | 李民赞, |
| Centered | 均值中心化 Mean centralization | 任东, |
| Z-Score | 标准化 Standardization | 第五鹏瑶 等, |
| Parato | Pareto尺度化 Pareto scaling | 彭望琭, |
| normalize | 归一化 Normalization | 李民赞, |
| Average Moving | 移动平均 Moving average | 任东, |
| SG | 卷积平滑 Convolutional smoothing | 第五鹏瑶 等, |
| MSC | 多元散射校正 Multivariate scattering correction | 彭望琭, |
| SNV | 标准正态变量变换 Standard normal variable transformation | 李民赞, |
| FD | 一阶微分求导 First order differential differentiation | 任东, |
| SD | 二阶微分求导 Derivative of second-order differential | 第五鹏瑶 等, |
| Detrend | 去趋势 Detrend | 彭望琭, |
| SG + FD | 卷积平滑 + 一阶微分 Convolutional smoothing + First-order differentiation | 李民赞, |
| SG + SD | 卷积平滑 + 二阶微分 Convolutional smoothing + Second-order differentiation | 任东, |
| SG + MSC | 卷积平滑 + 多元散射校正 Convolutional smoothing + Multivariate scattering correction | 第五鹏瑶 等, |
| SNV + FD | 标准正态变量变换 + 一阶微分 Standard normal variable transformation+First-order differentiation | 彭望琭, |
| SNV + SD | 标准正态变量变换 + 二阶微分 Standard normal variable transformation + Second-order differentiation | 李民赞, |
| SNV + Detrend | 标准正态变量变换 + 去趋势 Standard normal variable transformation + Detrended | 任东, |
| AM + MMS | 移动平均 + 离差标准化 Moving average + Deviation standardization | 第五鹏瑶 等, |
| AM + Centered | 移动平均 + 均值中心化 Moving average + Mean centralization | 彭望琭, |
| AM + Parato | 移动平均 +Pareto尺度化 Moving average + Pareto scaling | 李民赞, |
表2 对原始数据进行21种光谱变换
Table 2 Performing 21 spectral transformations on raw data
| 预处理方法简称 Preprocessing method abbreviation | 注释 Annotation | 参考文献 Reference |
|---|---|---|
| RAW | 原始数据 Raw data | 彭望琭, |
| MMS | 离差标准化 Deviation standardization | 李民赞, |
| Centered | 均值中心化 Mean centralization | 任东, |
| Z-Score | 标准化 Standardization | 第五鹏瑶 等, |
| Parato | Pareto尺度化 Pareto scaling | 彭望琭, |
| normalize | 归一化 Normalization | 李民赞, |
| Average Moving | 移动平均 Moving average | 任东, |
| SG | 卷积平滑 Convolutional smoothing | 第五鹏瑶 等, |
| MSC | 多元散射校正 Multivariate scattering correction | 彭望琭, |
| SNV | 标准正态变量变换 Standard normal variable transformation | 李民赞, |
| FD | 一阶微分求导 First order differential differentiation | 任东, |
| SD | 二阶微分求导 Derivative of second-order differential | 第五鹏瑶 等, |
| Detrend | 去趋势 Detrend | 彭望琭, |
| SG + FD | 卷积平滑 + 一阶微分 Convolutional smoothing + First-order differentiation | 李民赞, |
| SG + SD | 卷积平滑 + 二阶微分 Convolutional smoothing + Second-order differentiation | 任东, |
| SG + MSC | 卷积平滑 + 多元散射校正 Convolutional smoothing + Multivariate scattering correction | 第五鹏瑶 等, |
| SNV + FD | 标准正态变量变换 + 一阶微分 Standard normal variable transformation+First-order differentiation | 彭望琭, |
| SNV + SD | 标准正态变量变换 + 二阶微分 Standard normal variable transformation + Second-order differentiation | 李民赞, |
| SNV + Detrend | 标准正态变量变换 + 去趋势 Standard normal variable transformation + Detrended | 任东, |
| AM + MMS | 移动平均 + 离差标准化 Moving average + Deviation standardization | 第五鹏瑶 等, |
| AM + Centered | 移动平均 + 均值中心化 Moving average + Mean centralization | 彭望琭, |
| AM + Parato | 移动平均 +Pareto尺度化 Moving average + Pareto scaling | 李民赞, |
图1 核桃果实不同生育时期叶片含水率 对照、W1、W2、W3、W4灌水定额分别为9 000、5 250、6 000、7 500、8 250 m3 · hm-2
Fig. 1 Leaf moisture content of walnuts fruits at different growth stages The irrigation quotas for the control,W1,W2,W3,and W4 are 9 000,5 250,6 000,7 500,and 8 250 m3 · hm-2,respectively
| 样本 Sample | 样本量 Sample size | 最大值/% Maximum value | 最小值/% Minimum value | 平均值/% Average value | 标准偏差/% Standard deviation |
|---|---|---|---|---|---|
| 样本总量 Total sample size | 443 | 79.00 | 49.85 | 70.45 | 3.93 |
| 训练集 Training set | 354 | 79.00 | 55.63 | 68.76 | 3.96 |
| 测试集 Test set | 89 | 73.70 | 49.85 | 68.32 | 3.46 |
表3 叶片含水量的统计数据
Table 3 Statistical data on leaf water content
| 样本 Sample | 样本量 Sample size | 最大值/% Maximum value | 最小值/% Minimum value | 平均值/% Average value | 标准偏差/% Standard deviation |
|---|---|---|---|---|---|
| 样本总量 Total sample size | 443 | 79.00 | 49.85 | 70.45 | 3.93 |
| 训练集 Training set | 354 | 79.00 | 55.63 | 68.76 | 3.96 |
| 测试集 Test set | 89 | 73.70 | 49.85 | 68.32 | 3.46 |
图3 21种原始光谱数据预处理转换与叶片含水量的相关系 各预处理方法详见表2
Fig. 3 Correlation coefficient between 21 original spectral preprocessing methods and leaf moisture content Each preprocessing method is detailed in Table 2
图4 ‘温185’核桃叶片不同预处理后的光谱数据 A:原始光谱图(RAW);B:一阶导数预处理(FD);C:去趋势预处理(Detrend);D:卷积平滑 + 一阶导数组合预处理(SG + FD);E:一阶导数 + 标准正态变化组合预处理(SNV + FD);F:标准正态变化 + 去趋势组合预处理(SNV + Detrend)
Fig. 4 Spectral data of walnut leaves with different pretreatments at‘Wen 185’walnut A:Raw spectrogram;B:First derivative pre-processing(FD);C:Detrend preprocessing;D:Convolutional smoothing combined with first-order derivative preprocessing(SG + FD);E:First derivative and standard normal variation combination preprocessing (SNV + FD);F:Standard normal variation and detrend combination preprocessing(SNV + Detrend)
图5 不同预处理CARS算法的波长变量筛选过程 a:变量数量变化趋势;b:RMSECV值变化趋势;c:每个变量回归系数值变化趋势
Fig. 5 The wavelength variable selection process of different preprocessing CARS algorithms a:Trend of changes in the number of variables;b:RMSECV value change trend;c:The trend of regression coefficient values for each variable
| 预处理 Pretreatment | 不同算法提取的敏感特征波段数 Number of sensitive feature bands extracted by different algorithms | |||
|---|---|---|---|---|
| CARS | UVE | SPA | BPSO | |
| RAW | 108 | 1 469 | 52 | 1 125 |
| FD | 40 | 1 845 | 67 | 1 097 |
| Detrend | 46 | 1 482 | 116 | 1 054 |
| SG + FD | 40 | 1 845 | 56 | 1 087 |
| SNV + FD | 40 | 1 840 | 40 | 1 226 |
| SNV + Detrend | 46 | 742 | 77 | 1 099 |
表4 不同算法对光谱样本提取敏感特征波长
Table 4 Different algorithms for extracting sensitive feature wavelengths from spectral samples
| 预处理 Pretreatment | 不同算法提取的敏感特征波段数 Number of sensitive feature bands extracted by different algorithms | |||
|---|---|---|---|---|
| CARS | UVE | SPA | BPSO | |
| RAW | 108 | 1 469 | 52 | 1 125 |
| FD | 40 | 1 845 | 67 | 1 097 |
| Detrend | 46 | 1 482 | 116 | 1 054 |
| SG + FD | 40 | 1 845 | 56 | 1 087 |
| SNV + FD | 40 | 1 840 | 40 | 1 226 |
| SNV + Detrend | 46 | 742 | 77 | 1 099 |
图7 不同预处理UVE提取特征波长原理 A、C、E、G、I、K:各预处理波段筛选过程,通过加入白噪声变量,根据PLS模型交叉留一法得到各变量回归系数,2条水平线分别为UVE变量筛选出的上下阈值线;B、D、F、H、J、L:各预处理提取的特征波段筛选结果
Fig. 7 Principle of extracting feature wavelength from different preprocessed UVE A,C,E,G,I,K:During the screening process of each preprocessing band,the regression coefficients of each variable are obtained by adding white noise variables and using the PLS model cross leave one method,Two horizontal lines represent the upper and lower threshold lines filtered by UVE variables. B,D,F,H,J,L:Screening results of feature bands extracted by each preprocessing
图8 不同预处理SPA提取特征波长结果 A、C、E、G、I、K为各预处理波段筛选过程,代表SPA多元线性回归模型选择的变量数图,红色方块代表的变量数,此时的预测平均标准偏差最小;B、D、F、H、J、L为各预处理波段筛选结果,其中红色方块标记的是通过SPA(连续投影算法)提取的特征波段
Fig. 8 Feature wavelength results extracted from different preprocessed SPA A,C,E,G,I,and K are the screening processes for each preprocessing band,representing the number of variables selected by the SPA multiple linear regression model. The red square represents the number of variables,and the average standard deviation of the prediction is the smallest at this time;B,D,F,H,J,and L are the filtering results of each preprocessing band,where the red square marks the feature bands extracted through SPA(Continuous Projection Algorithm)
图9 不同预处理BPSO提取特征波长原理 A、C、E、G、I、K为各预处理波段筛选过程;B、D、F、H、J、L为各预处理波段筛选结果;适应度曲线变化和筛选误差成正比,随着迭代次数的增加,适应度曲线呈下降趋势,模型误差也在减小,当误差下降到最低值时,筛选出的特征波长即为最优特征波长
Fig. 9 Principle of extracting feature wavelength from different preprocessed BPSO A,C,E,G,I,K are the screening processes for each preprocessing band;B,D,F,H,J,L are the screening results of each preprocessing band; The change in fitness curve is directly proportional to the screening error. As the number of iterations increases,the fitness curve shows a downward trend,and the model error also decreases. When the error drops to the lowest value,the selected feature wavelength is the optimal feature wavelength
| 特征波段 Feature bands | 预处理方法 Preprocessing method | 训练集 Training set | 测试集 Test set | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R | RMSE | RPD | R | RMSE | RPD | ||
| BPSO | RAW | 0.610 | 3.176 | 1.604 | 0.605 | 2.293 | 1.601 |
| FD | 0.659 | 2.946 | 1.714 | 0.689 | 2.126 | 1.803 | |
| Detrend | 0.623 | 3.137 | 1.630 | 0.618 | 2.180 | 1.627 | |
| SG + FD | 0.658 | 3.005 | 1.711 | 0.660 | 1.962 | 1.726 | |
| FD + SNV | 0.657 | 2.971 | 1.710 | 0.625 | 2.243 | 1.642 | |
| SNV + Detrend | 0.619 | 3.129 | 1.623 | 0.563 | 2.465 | 1.522 | |
| CARS | RAW | 0.603 | 3.206 | 1.589 | 0.523 | 2.537 | 1.457 |
| FD | 0.651 | 3.009 | 1.695 | 0.761 | 1.774 | 2.055 | |
| Detrend | 0.535 | 3.438 | 1.469 | 0.610 | 2.394 | 1.611 | |
| SG + FD | 0.649 | 3.016 | 1.689 | 0.668 | 2.057 | 1.745 | |
| FD + SNV | 0.614 | 3.179 | 1.611 | 0.685 | 1.959 | 1.793 | |
| SNV + Detrend | 0.534 | 3.445 | 1.468 | 0.572 | 2.499 | 1.538 | |
| SPA | RAW | 0.596 | 3.236 | 1.576 | 0.543 | 2.376 | 1.488 |
| FD | 0.682 | 2.873 | 1.775 | 0.650 | 2.083 | 1.701 | |
| Detrend | 0.622 | 3.147 | 1.629 | 0.533 | 2.322 | 1.472 | |
| SG + FD | 0.677 | 2.910 | 1.762 | 0.790 | 1.594 | 2.194 | |
| FD + SNV | 0.684 | 2.890 | 1.780 | 0.570 | 2.209 | 1.534 | |
| SNV + Detrend | 0.639 | 3.051 | 1.668 | 0.615 | 2.271 | 1.622 | |
| UVE | RAW | 0.627 | 3.085 | 1.640 | 0.555 | 2.567 | 1.508 |
| FD | 0.663 | 2.965 | 1.724 | 0.678 | 2.002 | 1.772 | |
| Detrend | 0.594 | 3.185 | 1.571 | 0.574 | 2.616 | 1.542 | |
| SG + FD | 0.683 | 2.872 | 1.778 | 0.695 | 1.945 | 1.822 | |
| FD + SNV | 0.672 | 2.932 | 1.750 | 0.635 | 2.089 | 1.666 | |
| SNV + Detrend | 0.607 | 3.181 | 1.596 | 0.666 | 2.166 | 1.740 | |
表5 基于不同预处理的RF模型建立
Table 5 Establishment of RF models based on different preprocessing methods
| 特征波段 Feature bands | 预处理方法 Preprocessing method | 训练集 Training set | 测试集 Test set | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R | RMSE | RPD | R | RMSE | RPD | ||
| BPSO | RAW | 0.610 | 3.176 | 1.604 | 0.605 | 2.293 | 1.601 |
| FD | 0.659 | 2.946 | 1.714 | 0.689 | 2.126 | 1.803 | |
| Detrend | 0.623 | 3.137 | 1.630 | 0.618 | 2.180 | 1.627 | |
| SG + FD | 0.658 | 3.005 | 1.711 | 0.660 | 1.962 | 1.726 | |
| FD + SNV | 0.657 | 2.971 | 1.710 | 0.625 | 2.243 | 1.642 | |
| SNV + Detrend | 0.619 | 3.129 | 1.623 | 0.563 | 2.465 | 1.522 | |
| CARS | RAW | 0.603 | 3.206 | 1.589 | 0.523 | 2.537 | 1.457 |
| FD | 0.651 | 3.009 | 1.695 | 0.761 | 1.774 | 2.055 | |
| Detrend | 0.535 | 3.438 | 1.469 | 0.610 | 2.394 | 1.611 | |
| SG + FD | 0.649 | 3.016 | 1.689 | 0.668 | 2.057 | 1.745 | |
| FD + SNV | 0.614 | 3.179 | 1.611 | 0.685 | 1.959 | 1.793 | |
| SNV + Detrend | 0.534 | 3.445 | 1.468 | 0.572 | 2.499 | 1.538 | |
| SPA | RAW | 0.596 | 3.236 | 1.576 | 0.543 | 2.376 | 1.488 |
| FD | 0.682 | 2.873 | 1.775 | 0.650 | 2.083 | 1.701 | |
| Detrend | 0.622 | 3.147 | 1.629 | 0.533 | 2.322 | 1.472 | |
| SG + FD | 0.677 | 2.910 | 1.762 | 0.790 | 1.594 | 2.194 | |
| FD + SNV | 0.684 | 2.890 | 1.780 | 0.570 | 2.209 | 1.534 | |
| SNV + Detrend | 0.639 | 3.051 | 1.668 | 0.615 | 2.271 | 1.622 | |
| UVE | RAW | 0.627 | 3.085 | 1.640 | 0.555 | 2.567 | 1.508 |
| FD | 0.663 | 2.965 | 1.724 | 0.678 | 2.002 | 1.772 | |
| Detrend | 0.594 | 3.185 | 1.571 | 0.574 | 2.616 | 1.542 | |
| SG + FD | 0.683 | 2.872 | 1.778 | 0.695 | 1.945 | 1.822 | |
| FD + SNV | 0.672 | 2.932 | 1.750 | 0.635 | 2.089 | 1.666 | |
| SNV + Detrend | 0.607 | 3.181 | 1.596 | 0.666 | 2.166 | 1.740 | |
| 特征波段 Feature bands | 预处理方法 Preprocessing method | 训练集 Training set | 测试集 Test set | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R | RMSE | RPD | R | RMSE | RPD | ||
| BPSO | RAW | 0.898 | 1.620 | 3.138 | 0.813 | 1.605 | 2.327 |
| FD | 0.899 | 1.626 | 3.158 | 0.727 | 1.788 | 1.926 | |
| Detrend | 0.896 | 1.645 | 3.100 | 0.781 | 1.702 | 2.151 | |
| SG + FD | 0.898 | 1.617 | 3.137 | 0.755 | 1.871 | 2.032 | |
| FD + SNV | 0.893 | 1.656 | 3.065 | 0.791 | 1.718 | 2.198 | |
| SNV + Detrend | 0.899 | 1.626 | 3.158 | 0.727 | 1.788 | 1.926 | |
| CARS | RAW | 0.906 | 1.568 | 3.266 | 0.811 | 1.518 | 2.316 |
| FD | 0.909 | 1.515 | 3.323 | 0.813 | 1.675 | 2.328 | |
| Detrend | 0.905 | 1.571 | 3.248 | 0.801 | 1.612 | 2.255 | |
| SG + FD | 0.911 | 1.529 | 3.350 | 0.770 | 1.666 | 2.098 | |
| FD + SNV | 0.913 | 1.475 | 3.395 | 0.800 | 1.841 | 2.247 | |
| SNV + Detrend | 0.907 | 1.549 | 3.287 | 0.764 | 1.775 | 2.070 | |
| SPA | RAW | 0.897 | 1.621 | 3.114 | 0.819 | 1.863 | 2.363 |
| FD | 0.899 | 1.609 | 3.158 | 0.793 | 1.678 | 2.209 | |
| Detrend | 0.894 | 1.663 | 3.077 | 0.686 | 1.936 | 1.793 | |
| SG + FD | 0.913 | 1.513 | 3.390 | 0.772 | 1.645 | 2.108 | |
| FD + SNV | 0.907 | 1.547 | 3.286 | 0.733 | 1.924 | 1.946 | |
| SNV + Detrend | 0.906 | 1.549 | 3.274 | 0.705 | 2.048 | 1.852 | |
| UVE | RAW | 0.885 | 1.716 | 2.955 | 0.735 | 1.954 | 1.953 |
| FD | 0.888 | 1.708 | 2.988 | 0.757 | 1.759 | 2.038 | |
| Detrend | 0.909 | 1.534 | 3.316 | 0.756 | 1.830 | 2.037 | |
| SG + FD | 0.907 | 1.531 | 3.281 | 0.712 | 2.160 | 1.875 | |
| FD + SNV | 0.898 | 1.641 | 3.133 | 0.696 | 1.873 | 1.825 | |
| SNV + Detrend | 0.898 | 1.652 | 3.141 | 0.682 | 1.728 | 1.782 | |
表6 基于不同预处理的ELM模型建立
Table 6 Establishment of ELM models based on different preprocessing methods
| 特征波段 Feature bands | 预处理方法 Preprocessing method | 训练集 Training set | 测试集 Test set | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R | RMSE | RPD | R | RMSE | RPD | ||
| BPSO | RAW | 0.898 | 1.620 | 3.138 | 0.813 | 1.605 | 2.327 |
| FD | 0.899 | 1.626 | 3.158 | 0.727 | 1.788 | 1.926 | |
| Detrend | 0.896 | 1.645 | 3.100 | 0.781 | 1.702 | 2.151 | |
| SG + FD | 0.898 | 1.617 | 3.137 | 0.755 | 1.871 | 2.032 | |
| FD + SNV | 0.893 | 1.656 | 3.065 | 0.791 | 1.718 | 2.198 | |
| SNV + Detrend | 0.899 | 1.626 | 3.158 | 0.727 | 1.788 | 1.926 | |
| CARS | RAW | 0.906 | 1.568 | 3.266 | 0.811 | 1.518 | 2.316 |
| FD | 0.909 | 1.515 | 3.323 | 0.813 | 1.675 | 2.328 | |
| Detrend | 0.905 | 1.571 | 3.248 | 0.801 | 1.612 | 2.255 | |
| SG + FD | 0.911 | 1.529 | 3.350 | 0.770 | 1.666 | 2.098 | |
| FD + SNV | 0.913 | 1.475 | 3.395 | 0.800 | 1.841 | 2.247 | |
| SNV + Detrend | 0.907 | 1.549 | 3.287 | 0.764 | 1.775 | 2.070 | |
| SPA | RAW | 0.897 | 1.621 | 3.114 | 0.819 | 1.863 | 2.363 |
| FD | 0.899 | 1.609 | 3.158 | 0.793 | 1.678 | 2.209 | |
| Detrend | 0.894 | 1.663 | 3.077 | 0.686 | 1.936 | 1.793 | |
| SG + FD | 0.913 | 1.513 | 3.390 | 0.772 | 1.645 | 2.108 | |
| FD + SNV | 0.907 | 1.547 | 3.286 | 0.733 | 1.924 | 1.946 | |
| SNV + Detrend | 0.906 | 1.549 | 3.274 | 0.705 | 2.048 | 1.852 | |
| UVE | RAW | 0.885 | 1.716 | 2.955 | 0.735 | 1.954 | 1.953 |
| FD | 0.888 | 1.708 | 2.988 | 0.757 | 1.759 | 2.038 | |
| Detrend | 0.909 | 1.534 | 3.316 | 0.756 | 1.830 | 2.037 | |
| SG + FD | 0.907 | 1.531 | 3.281 | 0.712 | 2.160 | 1.875 | |
| FD + SNV | 0.898 | 1.641 | 3.133 | 0.696 | 1.873 | 1.825 | |
| SNV + Detrend | 0.898 | 1.652 | 3.141 | 0.682 | 1.728 | 1.782 | |
图10 基于FD预处理经4种特征波段提取构建不同模型预测结果
Fig. 10 Prediction results of different models constructed based on FD preprocessing and extraction of four feature bands
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