Aller au contenu principal
Accès ouvert déclaré 2025 article

Spectral Index Optimization and Machine Learning for Hyperspectral Inversion of Maize Nitrogen Content

6Citations signalées, ce qui n’est pas une note de qualité
3Institutions déclarées
1Pays d’affiliation déclarés

Rattachement africain : cn. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Hyperspectral remote sensing provides a powerful tool for crop nutrient monitoring and precision fertilization, yet its application is hindered by high-dimensional redundancy and inter-band collinearity. This study aimed to improve maize nitrogen estimation by constructing three types of two-dimensional full-band spectral indices—Difference Index (DI), Simple Ratio Index (SRI), and Normalized Difference Index (NDI)—combined with spectral preprocessing methods (raw spectra (RAW), first-order derivative (FD), and second-order derivative (SD)). To optimize feature selection, three strategies were evaluated: Grey Relational Analysis (GRA), Pearson Correlation Coefficient (PCC), and Variable Importance in Projection (VIP). These indices were then integrated into machine learning models, including Backpropagation Neural Network (BP), Random Forest (RF), and Support Vector Regression (SVR). Results revealed that spectral index optimization substantially enhanced model performance. NDI consistently demonstrated robustness, achieving the highest grey relational degree (0.9077) under second-derivative preprocessing and improving BP model predictions. PCC-selected features showed superior adaptability in the RF model, yielding the highest test accuracy under raw spectral input (R2 = 0.769, RMSE = 0.0018). VIP proved most effective for SVR, with the optimal SD–VIP–SVR combination attaining the best predictive performance (test R2 = 0.7593, RMSE = 0.0024). Compared with full-spectrum input, spectral index optimization effectively reduced collinearity and overfitting, improving both reliability and generalization. Spectral index optimization significantly improved inversion accuracy. Among the tested pipelines, RAW-PCC-RF demonstrated robust stability across datasets, while SD-VIP-SVR achieved the highest overall validation accuracy (R2 = 0.7593, RMSE = 0.0024). These results highlight the complementary roles of stability and accuracy in defining the optimal pipeline for maize nitrogen inversion. This study highlights the pivotal role of spectral index optimization in hyperspectral inversion of maize nitrogen content. The proposed framework provides a reliable methodological basis for non-destructive nitrogen monitoring, with broad implications for precision agriculture and sustainable nutrient management.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Spectral Index Optimization and Machine Learning for Hyperspectral Inversion of Maize Nitrogen Content
Date Crossref
26/10/2025
Éditeur
MDPI AG
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Gansu Agricultural University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Xinjiang Institute of Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Northwest A&F University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • College of Water Resources and Hydropower Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • College of Water Resources and Architectural Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Xinjiang Research Institute of Agriculture in Arid Areas pays non établi dans la notice
    Structure de recherche

Gansu Agricultural University, Xinjiang Institute of Engineering et Northwest A&F University, avec 3 autres affiliations.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

Les sujets associés

Spectroscopy and Chemometric AnalysesWater Quality Monitoring and AnalysisRemote Sensing in Agriculture

BNTIC News n’est pas le producteur de ces données. Les publications sont interrogées à la demande dans Crossref, OpenAIRE, DOAJ, Europe PMC, HAL, DataCite, AfricArXiv, ROR et la Banque mondiale, sans clé d’accès. OpenAlex reste optionnel. Aucun service payant n’est nécessaire et aucune donnée externe n’est enregistrée en base. Consulter les sources et leurs limites.