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使用多光谱成像进行生态观测

发布时间:2023-04-21
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经过多年将卫星图像用于更大规模的景观应用之后,赛斯拜克获得了一种用于成像和测绘生态项目的新型高分辨率机载多光谱相机,即使在云层覆盖下,也能获得与生态相关的信息意象。

经过多年将卫星图像用于更大规模的景观应用之后,赛斯拜克获得了一种用于成像和测绘生态项目的新型高分辨率机载多光谱相机,即使在云层覆盖下,也能获得与生态相关的信息意象。

对于光高光谱相机,捕获动态生态过程数据的图像时间非常重要。根据需要捕捉图像的灵活性也是如此——例如,当落叶树失去叶子但侵入性的、外来的普通沙棘仍然是深绿色时。对于其他航空摄影供应商来说,灵活性通常很困难,他们更习惯于为工程或基础设施目的成像,对时间问题不那么敏感。

使用红外波段

红外波段可实现与植被研究相关的特定应用,并提供对植被“绿色度”或“生产力”的独特观察。红外波段可以捕捉与植物组织或细胞中存在的叶绿素 A 或 B 色素的数量和类型相关的反射率。这种敏感性与检测植被中的叶绿素相关,使研究者对生态相互作用有了独特的理解,否则可能无法检测到这些相互作用(见图 2)。

用于绘制和监测城市树冠的彩色红外图像。黑点是白蜡树,被用来“训练”物种鉴定的光谱表征方法。

用于绘制和监测城市树冠的彩色红外图像。黑点是白蜡树,被用来“训练”物种鉴定的光谱表征方法

植物生产力是衡量植物状况、活力、水分和健康状况的指标。确定生产性植物组织在景观中的分布位置和方式可用于衡量生态系统状况,包括作物生产力、生物量体积、病虫害影响的检测和测量,以及植被群落类型的绘图。在某些情况下,它还用于识别和绘制特定植物物种,包括各种草、莎草、杂草或树木,以及与藻类生长相关的不同水生模式。

机载影像采集完成后,通常会被带入高性能软件程序,旨在将多幅影像无缝“拼接”成单张影像或覆盖整个感兴趣区域的影像拼贴集。在此过程中,对影像进行正射校正,这是一种调整影像以考虑景观地形起伏的方法。此外,图像是色彩平衡的,直方图是标准化的,这对于光谱分析和遥感应用至关重要。

图像经过处理后,便成为受过训练的遥感和生态专业人员团队的生态工具。通过将对高等数学、统计学和计算机科学的理解与生态专业知识以及对植被季节性、衰老和物候学的深入了解相结合,光高光谱相机 发现了成为理解景观变化蓝图的空间模式。使用纹理、大小、形状和反射率等变量映射特征。图像特征分析为复杂的生态趋势提供空间解决方案,并为与景观恢复相关的关键决策提供信息。

映射入侵灌木

机载光高光谱相机最近的一个项目涉及绘制一种木本入侵灌木灌木金银花的地图,该灌木已经在某南部的大片森林地区定居。这个 100 平方公里的区域的测绘是通过空中飞行开始的,随后由使用者进行实地工作对植物状况进行了测量,然后使用调查质量的 GPS 定位找到了数十个单独的金银花灌木丛。

公用设施走廊内绘制的木本入侵物种分布该图显示入侵物种分布从走廊扩展到优质林区

公用设施走廊内绘制的木本入侵物种分布(黄色/红色)。该图显示入侵物种分布从走廊扩展到优质林区。


在地面上测量的植物被用来创建统计“光谱特征”,以“训练”GIS 软件识别图像上的植物。改进和进一步校准生成的地图具有非常高的可靠性,精确显示了金银花植物的分布,与整个项目区域(超过 100 万亩)中发现的其他理想灌木区分开来。能够为私人土地所有者和公共土地管理机构的工作人员提供精确的地图,以及数万种入侵植物中每一种的坐标,这样他们就可以前往每一种植物并将其移除,作为根除计划的一部分。

光高光谱相机产生的成像不会像高空飞行的飞机和卫星那样受到云层和较低光照条件的影响,它们的运行会随着云层的增加而停止。该技术还获得了非常精确的红外和彩色波段,这些波段都是地理参考的,支持使用者以前无法进行的新型分析。

光高光谱相机安装在无人飞机底部,它可以拍摄数万亩的土地。数据存储在便携式硬盘驱动器上,降落时将其从飞机上取下并通过文件传输协议站点发送到图像处理办公室。

更多应用

从 500 英尺拍摄的地理参考倾斜照片

从 500 英尺拍摄的地理参考倾斜照片。

光高光谱相机有许多陆上应用。通过绘制湖泊和河流的水质损害图,可以确定是否需要疏浚等沉积物管理,至少在透明度较高的水道中是这样。绘制有害藻类甚至入侵水生植物的地图很容易完成。绘制农作物歉收图也很有效,例如夏季干旱期间发生的作物歉收。此外,这些图像对于早期检测树木病害(例如白蜡树蛀虫)也很有价值,这有助于确定城市行道树管理的需求和成本。

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