無人機+多光譜相機解決“松樹癌癥”！

松材線蟲病是松樹的一種毀滅性病害，號稱“松樹癌癥”。該病自從1982年傳入我國，已致死大量松樹，造成森林資源和生態環境的嚴重破壞。

2016-2019年間，華南農業大學的孫思老師對佛山市高明區某松材線蟲病發生地進行了持續調查，利用無人機拍攝的可見光和多光譜影像，監測并預測枯死松樹的發生。調查工作一直得到佛山市高明區荷城街道林業工作站的大力支持，部分航拍影像由林業工作站蔡站長拍攝。

△ 這看似美麗的紅色，其實是感染了松材線蟲病而枯死的松樹

2016年：第一次航拍，觀察枯死松樹

佛山市高明區是國家林業和草原局官方公布的縣級疫區。2016年，調查組對高明區荷城街道某村落后山的松林進行了首次航拍工作，從航拍影像生成的正射影像上，可以看到大量新發生的枯死松樹。

△ 調查區域的2016年無人機正射影像

2017年：第二次航拍，觀察病情發展

2017年，調查組對該地區進行了第二次無人機影像采集，除了前一年枯死的松樹，還發現了新枯死的松樹。孫思老師告訴我們，新枯死的松樹，在影像上往往呈現鮮紅色；舊年枯死的松樹，在影像上呈灰色。單從影像上，就可以判斷枯死松樹的數量在繼續增加。

△ 2017年無人機正射影像：紅色箭頭為當年枯死的松樹，呈鮮紅色；黃色箭頭為上年枯死的松樹，呈灰色。

2019年5月：第三次航拍，利用多光譜相機預測病情

2018年，應上級主管部門的要求，當地對枯死松樹進行了一次清理。因此在2019年5月的無人機正射影像中，枯死松樹大幅減少。

與此同時，孫思老師在2019年引進了一個新武器“Sequoia多光譜相機”，對同一片松林進行了拍攝。

這個多光譜相機是2個總重為107克的紅色小盒子，可以方便地搭載到無人機上，像普通相機一樣進行航拍。不同的是，Sequoia相機每次曝光都會有5張影像生成，除了一張普通可見光影像，還會有綠、紅、紅邊、近紅外波段的影像。這些波段組合在一起，就可以“看見”普通相機無法看到的東西。多光譜相機尤其適合去分析植被的健康程度，在農林業中被廣泛應用。

Sequoia每次曝光會采集5張影像

在多光譜影像的處理方面，孫思老師選擇的軟件與他處理普通影像的是同一款Pix4Dmapper軟件：“自2016年在一些公眾號上看到有人推薦Pix4Dmapper，我就開始使用。對處理圖像而言，我覺得這款軟件是最方便最好用的。”

幾百張多光譜影像經過20分鐘的處理后，生成的是一張NDVI植被指數地圖。NDVI地圖由不同顏色表示：如紅色表示長勢極差甚至死亡的樹木（或非林地）；藍色表示長勢健康的樹木；黃色表示長勢較差的樹木。

在調查區域內，孫老師發現有一個位置的黃色特別密集，表明這個位置的松樹長勢較差，他隨即用黃框圈出了這個需要重點關注的區域。

然而對比這個位置的可見光影像，卻發現此處松樹與其它的松樹沒有明顯區別。孫老師據此推測，黃框內的松樹有可能已經感染了松材線蟲病，但屬于發病初期，因此還沒有肉眼可見的明顯癥狀。

△ 2019年5月的ndvi地圖，黃框內的樹木長勢較差

△ 2019年5月可見光影像和多光譜影像的局部對比，紅色箭頭是已有明顯癥狀的松樹；黃框內的松樹無明顯癥狀，但多光譜影像已指明其健康狀況不佳

2019年9月：第四次航拍，證實病情預測

2019年9月，調查小組再一次拍攝了這片松林的無人機可見光影像。為了證實自己的懷疑，孫老師找到了前一次黃框內的區域。他發現9月新枯死的松樹，與5月NDVI指數地圖預測的位置是一致的，黃框內的松樹確實在幾個月前就感染了松材線蟲病！

△ 2019年5月與2019年9月航拍結果對比

調查結論

經過多年在松材線蟲病疫區的調查，孫老師指出在廣東地區，7-8月天氣炎熱，樹冠蒸發量大，為感染松材線蟲病的松樹表現癥狀的高峰時期。

利用最常見的無人可見光影像，可以直觀地觀察到松樹的枯死狀況。把同一地區的多期影像進行對比，還可以監測病情的發展，為病樹處置提供參考。

孫老師告訴我們：“像人類的疾病一樣，松材線蟲病在發生的早期是有可能被控制的。即使無法治療，把感染早期的樹木砍掉，也可大大降低周圍其它樹木被感染的幾率。”

而松材線蟲病到了中晚期，治愈的可能性極小。而且到了這個時期，只清理肉眼可見的枯死樹將難以阻止該病的傳染，林業工作者往往需要砍掉一整個山頭的松樹，經濟損失較大。因此利用多光譜影像來分辨早期感染、但還沒有肉眼可見癥狀的樹木是很有意義的。

Sequoia多光譜相機和Pix4D影像處理軟件，則像一枚照妖鏡，突破人類的可見范圍，是解譯病情的得力工具。

孫老師總結道，無人機搭配各種傳感器，既可以提高效率、節省人力成本，又能生成高質量的成果，避免人為因素造成的各種誤差。數據不會說謊——作為一個既能搞科研又能飛飛機的專業技術人員，孫老師對各種高科技武器在林業的普及充滿信心。