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高光谱-LiDAR应用于Natura 2000自然保护区栖息地监测

2022-06-08 10:35:29.0 / 136人浏览 / 0人评论

Natura 2000自然保护区网络是欧盟成员国共同制定的自然与生物多样性保护行动纲领,旨在保护野生动植物物种及其栖息地,其中河谷草地是最重要的自然栖息地保护类型,也是受到人类开发、气候变化等威胁最严重的栖息地类型。根据欧盟纲领要求,成员国每6年必须给出Natura 2000保护地监测报告,传统的地面监测调查花费大量的人力物力财力,也往往只能进行局部的以点代面式的信息,而且有些难以到达的地区会成为监测空白。随着高光谱成像技术、LiDAR激光扫描技术的发展,及航空遥感、无人机遥感技术的发展,高时空分辨率高光谱信息及LiDAR微地形地貌信息融合栖息地景观生态监测成为可能。

 

波兰华沙大学等研究人员采用高光谱-LiDAR航空遥感技术对Natura 2000波兰河谷保护区半自然草地进行了监测研究。研究选取了BN、BG1、BG2三个具有高度多样化河流微地貌特征的区域。高光谱成像获取植物的光谱数据并描述不同的植被特征和状态(如:植被胁迫、叶绿素/氮浓度、水分含量、覆盖度等),而激光雷达数据可以将具有相似光谱特征的非栖息地的植被区域和天然草地区域区分开。研究人员采用递归特征消除(RFE)与随机森林(RF)分类相结合的方法,以评估其在提取高光谱和激光雷达的主要特征参数方面的潜力,将RFE-RF应用于多次采集的高光谱-LiDAR数据中,使用在三个研究区域中选择的24个最优特征进行分类,即可代表与所研究的栖息地和风景地貌的高度多样化密切相关的特征,可获得相当高的分类结果(K约为0.7-0.77,栖息地的F1准确度约为0.8- 0.85),实现了对高维数据集高效的分析处理和分类。

左图:激光雷达获得的数字地形模型(DTM)图,描绘了BG2、BN和BG1三个区域的微地貌;中图:BG2、BN和BG1三个区域的草地分类结果图,其中6440为冲积草地(alluvial meadows)、6120为旱生石灰质草地(xeric calcareous grasslands)、6510为低地干草草地(lowland hay meadows);右图:6月(a)、8月(b)、9月(c)两种扩张性草的分布分析结果图

 

研究人员还在春末、夏季和初秋,使用机载高光谱成像和激光雷达采集数据,对位于波兰南部西里西亚高地Natura 2000保护地的非森林植物群落两种本土扩张草Calamagrostis epigejos和Molinia caerulea在不同生长阶段的分布情况,进行了研究分析,结果表明,从光谱特征中可以更好地识别与其他物种共存的C. epigejos,说明该物种在干旱和潮湿生境中均有分布。对M. caerulea没有观察到这一特点,这证实了它对潮湿地区的偏好。该数据集结果显示这两个物种的最佳识别期如下,M. caerulea的最高中值Kappa在8月为0.85(F1=0.89),而C. epigejos在9月为0.65(F1=0.73)(研究结果参见上右图)。

易科泰光谱成像与无人机遥感技术研究中心推出的Ecodrone®一体式高光谱-LiDAR无人机遥感系统,采用芬兰Specim高光谱成像传感器(400-1000nm和900-1700nm)和法国YellowScan无人机激光雷达技术,利用自主研发的Ecodrone®专业无人机遥感平台,一次飞行即可同时获取高时空分辨率高光谱成像数据及激光雷达数据,易科泰公司还提供一体式高光谱-红外热成像无人机遥感系统、多光谱-LiDAR无人机遥感系统,及全波段(400-2500nm)高光谱与激光雷达航空遥感技术方案,助力我国的生物多样性保护监测、自然保护区管理、自然栖息地研究监测。

 

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