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Resonon+LR1601 | 利用光譜特征時間序列進行松材線蟲病早期監(jiān)測

日期: 2022-12-30
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Resonon+LR1601 | 利用光譜特征時間序列進行松材線蟲病早期監(jiān)測

松材線蟲?。≒WD),是由松材線蟲(Bursaphelenchus xylophilus)引起的具有毀滅性的國際森林病害之一,可以在幾個月內(nèi)對松林造成快速、大面積的危害,已對我國造成了巨大的生態(tài)和經(jīng)濟損失。因此,及時的監(jiān)測措施非常必要。高光譜遙感可以獲取數(shù)百個波段和連續(xù)波長的數(shù)據(jù)來捕獲受危害樹木的生理變化,有助于檢測早期病蟲害。而基于無人機的高光譜成像儀可以準(zhǔn)確觀測樹木冠層的變化,成為評估森林健康情況的有效工具。然而,以往的研究大多使用單日的無人機高光譜數(shù)據(jù),難以監(jiān)測病害發(fā)生的時間變化并確定最佳的監(jiān)測時期。

基于此,在本研究中,來自北京林業(yè)大學(xué)的研究團隊于2021年5-10月使用多時態(tài)的數(shù)據(jù)在中國遼寧省撫順市東洲區(qū)(124°12′36′′ -124°13′48′′ E,41°56′53′′ -41°57′46′′)進行了研究。在PWD爆發(fā)期間,作者于2021年5月9日、6月9日、7月11日、8月11日、9月13日和10月21日對紅松林進行了地面調(diào)查(通過形態(tài)和分子鑒定確定59棵樹攜帶松材線蟲,另外選擇59棵未被感染的樹木作為對照)。于2021年5月11日、6月10日、7月12日、8月18日、9月15日和10月23日晴朗無云的天氣條件下利用DJI Matrice 600 Pro無人機搭載Resonon Pika L高光譜相機以及LR1601-IRIS雷達系統(tǒng)(北京理加聯(lián)合科技有限公司—北京依銳思)獲取高光譜數(shù)據(jù)和雷達數(shù)據(jù)。在相同條件下同時獲取UAV RGB圖像。作者分析了每個樹冠的光譜特征,如光譜反射率、一階和二階光譜導(dǎo)數(shù)以及植被指數(shù)(VIs),以篩選最適用于早期監(jiān)測PWD的敏感特征。使用隨機森林(RF)分類算法來評估兩組樹木(對照和受危害樹木)之間的可分離性

Resonon+LR1601 | 利用光譜特征時間序列進行松材線蟲病早期監(jiān)測

數(shù)據(jù)獲取和處理流程圖。

Resonon+LR1601 | 利用光譜特征時間序列進行松材線蟲病早期監(jiān)測

無人機高光譜和雷達系統(tǒng)(A)以及研究區(qū)位置和10月23日獲取的高光譜圖像(B)。地面、UAV RGB和高光譜圖像的變色過程示例(C)以及不同日期采樣樹木的高光譜曲線示例(D)。

【結(jié)果】

Resonon+LR1601 | 利用光譜特征時間序列進行松材線蟲病早期監(jiān)測

5月(A),6月(B),7月(C),8月(D),9月(E)和10月(F)受危害樹木和對照樹木的平均光譜。

Resonon+LR1601 | 利用光譜特征時間序列進行松材線蟲病早期監(jiān)測

利用不同類型特征識別受危害和對照樹木的分類精度。

Resonon+LR1601 | 利用光譜特征時間序列進行松材線蟲病早期監(jiān)測

樹冠變化和人類觀測范圍有限示意圖。

【結(jié)論】

本研究中,基于無人機的遙感數(shù)據(jù)可以成功檢測感染PWD樹木的光譜變化。(1)7月和8月,可以從RGB數(shù)據(jù)和野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)樹木發(fā)生明顯的癥狀,而在6月,樹冠光譜特征對PWD危害的響應(yīng)已經(jīng)被監(jiān)測到,說明6月可能是PWD最佳監(jiān)測時期;(2)光譜導(dǎo)數(shù)是對感病松樹最具識別能力的參數(shù),其次是光譜反射率和VIs;(3)基于7-10月高光譜數(shù)據(jù),利用RF分類器可以將兩組樹成功分離,整體分類精度為0.75~0.95。

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https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650315958&idx=1&sn=def0f04e679361f20661748762692a89&chksm=bee1b0498996395f45a3af038ba3f8709dff8f0c7dcd3127f0b2fe7d670908d3679e5fb9375f&token=712896399&lang=zh_CN#rd

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