基于连续小波变换的烤烟叶片总氮和烟碱含量高光谱监测预测研究

作者：蒋薇; 汤亮; 薛博文; 程涛; 孙伟超; 李军营^*

来源：中国烟草学报, 2023, 29(04): 33-43.

DOI：10.16472/j.chinatobacco.2022.T0321

• 反射光谱
• 小波分析
• 鲜烟叶
• 烤后烟叶
• 品质预测

【目的】明确关键生育期及烤后烟叶总氮和烟碱含量的光谱响应规律并构建监测预测模型，以期及时准确地获取烟叶总氮及烟碱含量。【方法】通过实施不同品种、不同施氮水平互作处理的烤烟田间试验，以不同处理的植株冠层高光谱为数据源，通过多尺度连续小波变换和敏感小波特征提取，构建各生育期及烤后烟叶总氮和烟碱的监测预测模型。【结果】（1）不同生育期鲜烟叶总氮及烟碱含量的最优小波特征有所差异：总氮的最优小波特征位置随着生育进程的延长向长波方向移动，从427nm（旺长期）到720 nm（打顶期）再到769 nm（中部叶成熟期）；而烟碱在打顶期（WF715,6）和中部叶成熟期（WF714,3）具有较为一致的特征位置，但最优尺度不同，因此在不同生育期分别建立监测模型是必要的；（2）打顶期的总氮及烟碱含量监测精度较高，该时期的敏感小波特征WF720,7与烟株叶片的总氮含量相关系数较大（r=-0.83）；特征WF715,6与烟株叶片的烟碱含量相关系数较大（r=-0.81），且模型验证集NRMSE均在20%以内；（3）打顶期对烤后烟叶总氮和烟碱含量预测精度优于旺长期及中部叶成熟期，使用打顶期冠层光谱提取的敏感小波特征WF628,3预测总氮含量的NRMSE为7.37%,WF856,3预测烟碱含量的NRMSE为12.6%。【结论】本研究基于敏感小波特征构建的各生育期烤烟叶片总氮及烟碱含量监测和预测模型具有较好的准确性，为烤烟氮素管理调控、品质监测预测以及烤烟加工分级等提供支持。

• 单位
  南京农业大学; 云南省烟草农业科学研究院; 中国科学院