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成像光谱技术是植被分布、长势、病害、估产等监测的有效手段,无人机光谱成像为植被监测提供了新的平台,以其机动灵活、经济高效、受大气等环境条件影响小和光谱、空间、辐射分辨率高等优势,在植被精细、智能监测方面具有巨大潜力,是当前和未来农业、林业、海洋等领域植被监测技术发展的重要方向。

 

 

1. 传感器与数据处理

五波段无人机载多光谱成像仪(图1、图2),具有轻小型、低功耗、适用于各类型无人机的优点。其光谱响应函数如图3所示,其中红光波段和红边波段的半高宽度(FWHM)达到了10nm,有利于对植被精细波谱特征的识别提取和定量遥感。

 

1 无人机携带五通道多光谱相机

 

 

2 无人机携带五通道多光谱相机

 

 

3五波段无人机载多光谱成像仪的波段响应函数

 

 

无人机飞行时,同步获取标准反射率介质(如标准反射板)的图像,用来进行反射率信息的处理。图像的拼接和校正基于无人机记录的空间和姿态数据,和具有高重叠度图像之间的纹理、光谱特征完成。

 

2. 滨海湿地入侵物种互花米草监测

2.1 互花米草

互花米草是20世纪60年代由北美、欧洲引入我国潮间带用以固岸护滩的滨海湿地盐生植被,2003年被环保部列入首批入侵物种名录,目前已蔓延分布于我国自鸭绿江口到北仑河口的大陆海岸带,特别是已经在江苏盐城、上海崇明东滩和山东黄河三角洲形成了大规模入侵的态势,互花米草爆发式生长之处,取代本地生态系统破坏食物链、掩盖潮滩使本地物种失去生境、阻断潮汐打破海岸带盐碱平衡,亟需制定科学合理的措施,开展管理、控制和治理。全面、准确、及时的互花米草分布蔓延监测数据是开展有效管理和治理的基础。

 

4 黄河三角洲的外来入侵物种互花米草(拍摄于20177月)

 

 

2.2 互花米草监测结果

 

5五波段无人机多光谱互花米草成像数据

 

 

6 基于无人机多光谱成像数据的互花米草分布监测结果

 

基于无人机载互花米草监测数据,可高精度的获得互花米草的分布现状,并可分析获得其入侵态势,以及预测其入侵趋势。

由图5,无人机监测系统很好的实现了对覆盖潮间带图像的拼接,即使在纹理不明显和同名点缺乏的光滩区域也未出现明显的拼接错误。同时,处理后图像清晰的反映出了淤泥质潮间带的地物特点和分布特征,对互花米草、潮沟、不同深度水体的成像效果优异。

 

6是基于植被指数提取方法的互花米草分布信息提取结果。结合图4,发现该监测结果很好的解释了互花米草两性繁殖的入侵方式,即先由种子在潮滩上发芽生长,形成星星点点的分布,再由根系繁育的方式将邻近分布的互花米草斑块串联起来,形成大尺度景观,完成对潮滩的占据和入侵。

 

3. 黄河三角洲人工刺槐林监测

3.1 人工刺槐林

黄河三角洲处于河流、海洋和陆地多种动力系统作用带,生态环境脆弱。森林具有不可替代的生态平衡作用,但该地区受恶劣的条件尤其是盐渍化土壤限制,很多乔木树种难以存活。由于刺槐具有一定抗旱、耐盐碱能力,自1970年始在黄河三角洲广泛种植,成为我国北方面积最大的人工刺槐林地。然1990年以来,许多地方出现了刺槐林大面积枯梢甚至死亡现象。

3.2 人工刺槐林监测结果

 

7 人工刺槐林无人机多光谱成像数据

 

 

8基于无人机多光谱成像数据的刺槐林健康状况监测结果

 

 

较高的空间分辨率将刺槐林的树冠清晰的表现了出来。较好的光谱还原能力使得因太阳高度角造成的树冠本影和落影并未对图像的植被信息造成影响。

8得到的是对人工刺槐林健康状况的初步分类结果,利用的是基于植被指数的分类和评价方法,所用的植被指数包括NDVISRIOSAVI等。

 

 

4.系统优势

基于无人机多光谱成像系统技术对植被(包括农作物、经济作物、草场和森林等)的长势和病虫害监测有机动灵活、及时、快速、成本低廉、精确度高的优势,可以为农业植保的信息化和现代化作出贡献。特别是提供及时准确的作物生长信息有益于合理使用肥料和农药,直接为改善和保护环境提供帮助。

注:此篇文献由我司客户“青岛数联空间海洋科技股份有限公司”友情提供,特此鸣谢。文献中实验所用“五通道多光谱相机”为我司(北京欧普特科技有限公司)提供销售的“五通道多光谱相机RedEdge”,欢迎广大新老客户垂询订购。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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