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設備與工具為什么要監(jiān)測松材變色立木
2020年7月，國家林草局提出將在國家“十四五”期間開展松材線蟲病防控五年攻堅行動，遏制松材線蟲病快速蔓延勢頭，維護國家森林生態(tài)安全。
2022年1月，自然資源部聯(lián)合國家林草局發(fā)布《關于共同做好森林、草原、濕地調(diào)查監(jiān)測工作的意見》（自然資發(fā)〔2022〕5號），嚴格規(guī)定了林業(yè)普查的目標與要求，旨在實現(xiàn)松材變色立木數(shù)量逐年下降的總體目標。
松材線蟲病作為毀滅性的森林病害，及時發(fā)現(xiàn)、及時處置、及時評估，刻不容緩。
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自然界中的光都是由不同波長的光（比如紅光、綠光等）組成的，遙感儀器通過將不同波長的光進行分離并探測，從而實現(xiàn)光譜遙感。
光譜遙感能夠更精細獲取光譜維度的信息，理論上講，地球上不同的地物目標對不同波長的太陽光具有不同的反射、吸收能力，表現(xiàn)為不同的光譜反射率，通過光譜遙感技術可以分辨任何兩個不同的物體，在地物分類、病蟲害監(jiān)測等領域具有顯著的優(yōu)勢。
圖1 不同地物存在光譜特征差異示意圖（高光譜）
按照光譜細分程度與波段個數(shù)，可以將光譜遙感分為多光譜與高光譜遙感：多光譜遙感的波段數(shù)一般在幾個或十幾個，光譜分辨率在十幾、幾十納米；高光譜遙感的波段數(shù)則在100個至1000個之間，光譜分辨率為幾納米。
圖2 多光譜與高光譜遙感波段設置示意圖
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低空多光譜遙感的優(yōu)勢
高光譜遙感數(shù)據(jù)在光譜信息層面具有很高的冗余度，但由于設備昂貴、數(shù)據(jù)較大、數(shù)據(jù)處理復雜，通常用于科研場景；多光譜遙感因為可以根據(jù)目標特性合理選擇通道的中心波長和帶寬組合，定向獲取信息，數(shù)據(jù)利用率高、數(shù)據(jù)量小，所以更適合做大面積的行業(yè)應用。
在松材線蟲病變色立木監(jiān)測領域，由于不同種樹木或者相同種樹木的不同生長階段、不同健康狀態(tài)下，樹木在不同波段的光譜反射率/發(fā)射率差異顯著，所以可以基于松材線蟲病變色立木的冠層特征光譜，通過航空多光譜遙感的方式獲取樹木冠層信息，基于冠層光譜特征、形狀紋理特征與空間維度特征等信息構建參數(shù)模型，多源信息自動化提取松材變色立木，同時抑制復雜背景。
圖3 變色立木與復雜地物光譜特征差異
圖4 變色立木（左）與枯草（右）航空影像紋理特征差異
由圖3可看出，在山地的復雜地物場景下，變色立木與健康松樹水泥路等地物的光譜特征有顯著差異，而對于黃土、枯草等光譜特征相近的地物，則通過形狀紋理特征區(qū)分。
所以，低空多光譜遙感用于松材線蟲病變色立木監(jiān)測優(yōu)勢顯著：
（1）快：多光譜遙感一般都是基于畫幅式成像，同時獲取幾張不同波長位置處的正攝影像，無需穩(wěn)定平臺和復雜的幾何校正，只需在通道配準的基礎上按照常規(guī)航測內(nèi)業(yè)處理流程即可完成數(shù)據(jù)拼接和預處理校正?；谥行⌒?a href="http://www.hldxsj.cn/sell/search.php?keyword=%E6%97%A0%E4%BA%BA%E6%9C%BA" title="無人機" target="_blank">無人機平臺開展的低空遙感，使得時間分辨率得到了顯著提高，單架次可以獲取幾千畝至十幾平方公里區(qū)域的多光譜影像數(shù)據(jù)。
（2）準：由于多光譜相機的波段設置基于松材變色立木及背景環(huán)境的特征光譜，所以雖然通道數(shù)量沒有高光譜多，但是仍然可以精確描述目標特征、精準抑制背景干擾，松材變色立木識別準確度可以做到85%左右。
（3）省：多光譜相機的價格一般是同樣波長范圍高光譜相機價格的1/10，且具有更輕的重量、體積，使得輕小型多旋翼、固定翼均可在無穩(wěn)定平臺的情況下便捷搭載，大大降低了硬件的采購門檻和使用成本。此外，多光譜遙感的數(shù)據(jù)量一般是高光譜遙感的1/10～1/100，極大降低了存儲、處理、分析對電腦配置的要求，縮短了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的時間。
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如何使用低空多光譜遙感
4.1 技術流程
無人機載多光譜遙感進行松材變色立木監(jiān)測的工程應用主要分為外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)處理、數(shù)據(jù)分析三個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)從原始光譜數(shù)據(jù)到最終目標提取結果的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。
首先，使用無人機平臺掛載多光譜相機進行測區(qū)的多光譜影像采集；其次，經(jīng)過多光譜數(shù)據(jù)預處理軟件Yusense Map 進行影像配準、拼接與反射率校正；最后，使用Yusense Map Plus軟件的松材變色立木提取模塊進行目標提取與位置計算，并輸出專題圖與變色立木矢量數(shù)據(jù)。
圖5 光譜遙感應用流程
4.2 硬件推薦方案
根據(jù)不同的林區(qū)地形與面積，可選擇不同的無人機多光譜遙感系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)獲取。其中，多旋翼無人機平臺適用于千畝級林區(qū)的飛行演示與測試，固定翼無人機平臺適用于萬畝級林場的光譜遙感工程項目。
【1】多旋翼無人機平臺
飛行平臺：M300 RTK四軸多旋翼無人機
載荷：多光譜相機MS600 Pro
地面站軟件：DJI Pilot
主要指標：
圖6 M300 RTK+MS600 Pro
【2】固定翼無人機平臺
飛行平臺：橫空6 AIR垂起固定翼無人機。
載荷：多光譜相機MS600（可選配4200萬像素可見光相機）。
地面站軟件：橫空Aircross地面站。
主要指標：
圖7 橫空6 AIR復合翼+MS600 V2
4.3 軟件推薦方案
數(shù)據(jù)處理軟件采用長光禹辰自主研發(fā)的全流程數(shù)據(jù)處理軟件Yusense Map，同步支持多光譜與可見光數(shù)據(jù)，可自動進行多源數(shù)據(jù)的拼接、配準、輻射校正等預處理。
用于松材變色立木提取的專家算法封裝在Yusense Map Plus行業(yè)應用軟件中，經(jīng)過簡單的交互操作，即可完成變色立木矢量位置、變色立木分布專題圖等專項成果的輸出，整體識別準確度可達85%。
圖7 Yusense map軟件截面圖
圖8 Yusense map plus軟件界面圖
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典型應用案例
目前，長光禹辰使用無人機載多光譜遙感系統(tǒng)完成了10個省市地區(qū)共100萬余畝的松材變色立木監(jiān)測，積累了近3萬株變色立木的圖譜樣本。其中在山東青島、安徽黃山、江西南昌等地完成了大面積的松材變色立木監(jiān)測業(yè)務，擁有成熟的案例與工程經(jīng)驗，歡迎大家聯(lián)系合作，為森林生態(tài)安全貢獻科技力量。
關于我們
長光禹辰成立于2017年，是一家由中國科學院長春光機所和青島高新區(qū)聯(lián)合成立的高新技術企業(yè)，公司核心團隊來自長春光機所，形成了以MS600多光譜相機為代表的無人機載光譜遙感硬件產(chǎn)品線、以Yusense Map/Map Plus為依托的光譜數(shù)據(jù)預處理及分析軟件和以Yusense Cloud為依托的端云一體化服務平臺，并在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)、環(huán)保、警用等領域開展了深入的行業(yè)應用。公司專注于無人機航空遙感與光電探測領域，持續(xù)推出革新的軟硬件產(chǎn)品，落地更豐富的行業(yè)應用場景，致力于用技術和產(chǎn)品推動行業(yè)進步。
長光禹辰成立于2017年，是一家由中國科學院長春光機所和青島高新區(qū)聯(lián)合成立的高新技術企業(yè)，公司核心團隊來自長春光機所空間光學部，在光譜遙感、光電探測領域具有深厚的理論基礎和豐富的工程經(jīng)驗，掌握完整的光譜儀器系統(tǒng)設計、先進的嵌入式視覺開發(fā)、復雜場景定量遙感智能調(diào)光、高精度自動輻射校正、光譜數(shù)據(jù)半定量反演及應用等核心技術，形成了以MS200、MS400、MS600、AQ600等系列多光譜相機為代表的無人機載光譜遙感硬件產(chǎn)品線、以Yusense Map/Map Plus為依托的光譜數(shù)據(jù)預處理及分析軟件和以Yusense Cloud為依托的端云一體化服務平臺，并在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)、環(huán)保、警用等領域開展了深入的行業(yè)應用。公司專注于無人機航空遙感與光電探測領域，持續(xù)推出革新的軟硬件產(chǎn)品，落地更豐富的行業(yè)應用場景，致力于用技術和產(chǎn)品推動行業(yè)進步。
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