基于航空多光譜遙感的松材線蟲病疑似疫木監測

一、前言

【1】背景介紹

作為我國唯一一個一級林業有害生物物種，松材線蟲病對森林生態系統具有極高的危險性與毀滅性，現已擴散至18個省（區、市）、672個縣級行政區，累計造成超過6億株松樹死亡。

近年來，因遭受林業有害生物侵害的森林面積逐漸增加，國家林草局在7月29日召開會議提出，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，維護國家森林生態安全。

【注：松材線蟲病疫木表征之一為針葉全呈紅黃色，所以松材變色立木識別與監測可輔助松材線蟲病疫木監測】

【2】行業痛點

近年來遙感技術不斷發展，林業有害生物監測對高頻性、全覆蓋性以及準確性提出越來越高的要求。衛星遙感分辨率低，影像質量難以保證，無法實現單株變色立木的準確提取；無人機可見光遙感雖可獲取高分辨率的精細化影像，但目視解譯、算法識別的方式難以適應大面積、常態化的林業監測需求。

【3】多光譜遙感優勢

航空多光譜兼具無人機監測與光譜遙感的綜合特點：

（1）信息更豐富：可更精準描述變色立木理化差異的外在表征信息；

（2）投入產出比更高：多光譜遙感物美價廉，應用場景更豐富，使用更廣泛；

（3）特征差異更顯著：復雜背景的抑制能力更強、變色立木識別更準確，適用于不同場景、批量作業；

（4）作業更靈活：衛星遙感時間、空間分辨率低，航空監測是重要的林業遙感監測手段；

（5）門檻低上手快：平民化的飛行平臺、智能化的處理軟件，內外業作業上手快。

二、項目介紹

安徽省黃山市是松材線蟲病發生的較嚴重地區，本次項目位于黃山市某縣林場，主要通過航空多光譜遙感技術進行松材變色立木的識別與提取。

項目作業采用DJI M210多旋翼，搭載MS600 PRO多光譜相機進行數據采集，系統如下圖所示。

三、作業流程

本次監測旨在通過無人機多光譜遙感平臺獲取部分林業小班的多光譜數據，通過松材變色立木光譜特征構建植被指數，并通過光譜、紋理等信息組合，綜合提取變色立木位置信息。作業流程如下圖所示。

四、作業環境

五、飛行參數

六、架次及數據量

本項目共計飛行4個架次；總飛行時間約2小時；總數據量21.7G。

七、數據處理

本項目中無人機遙感平臺獲取的多光譜數據由未來智能自主研發的未來智能 Map航空遙感軟件進行預處理。

未來智能 Map可實現基于影像POS信息和特征相結合的無人機遙感影像快速拼接算法，多通道光譜影像的亞像素級配準、多景影像的實時拼接及輻射定標，生成具有地表真實反射率的冠層正射影像，部分處理過程如下圖所示。

八、示范成果

本次項目輸出成果包括多光譜正射影像、專題地圖、變色立木矢量點、變色立木屬性表與監測成果報告。

為確保提取精度，本項目在提交成果后專門進行了實地踏勘查驗，通過將提取的矢量點導入奧維地圖進行導航，本次查驗共抽樣踏勘40處變色立木點位，其中39處均提取準確，整體精度達98%。

九、應用現狀

截至2020年8月31日，未來智能已使用無人機載多光譜遙感系統完成了9個省市地區共計10萬畝的林業有害生物的監測，其中松材變色立木達8萬畝，積累了超萬株變色立木的圖譜樣本。隨著2020年林業秋季普查的到來，未來智能旨在使用無人機載多光譜遙感技術，實現快速、準確、自動化的松材變色立木的監測，力求改善目前人工踏查上山難、監測效率低且不準確的行業痛點。

十、未來智能多光譜遙感技術優勢

【1】自主研發MS600系列多光譜相機，為科研和行業應用而生；

【2】兼容包含深圳大疆、成都縱橫在內的各型多旋翼、固定翼無人機；

【3】“裝備+數據+服務”，提供覆蓋多光譜遙感的全流程解決方案；

【4】軟硬件一體化、端云一體化，為第三方業務平臺提供數據支撐。