[發明專利]一種利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法

在審

• 申請號: 202010622479.8
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111767865A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 田義超;黃鵠;韓鑫;陶進;張強;梁銘忠;張亞麗;林俊良
• 申請（專利權）人: 北部灣大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 廣西中知科創知識產權代理有限公司 45130
• 代理人: 李家恒

1.一種利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)選擇海岸帶紅樹林生物量反演區域，該樣地選擇時避免選擇潮溝地區；

(2)用無人機所搭載的普通數碼相機和以及激光傳感器對反演區域的紅樹林試驗區進行低空控制飛行試驗與數據采集；

(3)選擇小于0.5m的低潮位、天氣晴朗、地面無持續風向且風力＜2級的時段進行無人機數據航拍；

(4)在紅樹林樣地中設置實測樣地調查，主要調查不同類型紅樹林的胸徑、高度、物候以及枝條數，同時記錄每棵樹的X和Y坐標值；隨后采用ArcGIS10.5將其放入到數據庫中；

(5)采用異速生長方程計算不同紅樹林樹種樣地的實測生物量；

(6)對無人機航拍獲得的原始紅樹林激光點云數據進行預處理，主要包括點云去噪、點云分類以及點云歸一化操作；

(7)利用Pix4Dmapper獲取區域的正射影像圖，以TIFF格式存儲；

(8)基于步驟(6)中預處理得到的數據，提取紅樹林的高度百分位變量和強度百分位變量；

(9)基于步驟(6)中預處理得到的數據，提取紅樹林激光點云高度的峰值、高度的偏斜度、高度的平均值、高度的最大值、高度的標準差、高度的變異系數以及高度的冠層起伏率；同理可提取紅樹林激光點云強度的峰值、強度的偏斜度、強度的平均值、強度的最大值、強度的標準差、強度的變異系數以及強度的冠層起伏率；

(10)基于步驟(7)中所得到的正射影像圖生成RGB圖像、非監督分類圖像以及步驟(9)激光點云高度的最大值柵格圖像進行組合，在分類與回歸樹CART方法的支持下對研究區的紅樹林與非紅樹林景觀進行分類，提取出紅樹林地類；

(11)基于步驟(7)中的正射影像，提取紅樹林植物的各種光譜指數；

(12)基于步驟(7)中的正射影像，借助灰度、共生矩陣方法提取紅樹林的各種紋理信息；

(13)提取步驟(5)中不同紅樹林樹種的異速生長方程估算的生物量數據，在相同的坐標位置(與步驟4中的位置保持一致)，提取步驟8、步驟9、步驟11、步驟12中的變量，以步驟4中的生物量實測數據為因變量，在相同的實測樣地坐標位置提取步驟8、步驟9、步驟11、步驟12中的變量，將提取出來的數值作為自變量，在RF算法的支持下，對步驟8、步驟9、步驟11和步驟12中的紅樹林變量進行篩選，同時計算自變量相對于因變量的重要性程度，此時得到的變量方可進入回歸方程中；

(14)將步驟13中經篩選和計算重要性程度之后所得到的變量放入到隨機森林算法中，訓練模型，可得到紅樹林生物量回歸方程；

(15)將步驟13中篩選出的變量的整副柵格像元作為自變量帶入步驟14所建立的紅樹林生物量回歸方程，可以得到研究區整個區域的紅樹林生物量空間分布。

2.根據權利要求1所述的利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法，其特征在于，步驟(2)中所述進行低空控制飛行試驗與數據采集主要步驟包括地面GPS基站的架設、無人機搭載激光傳感器的掛載與安裝、航線規劃與上傳航線。

3.根據權利要求2所述的利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法，其特征在于，步驟(4)具體為在紅樹林樣地中設置實測樣地，區域中有兩種紅樹林群落，分別是無瓣海桑和桐花樹，其中研究區北部地區的無瓣海桑是通過人工種植的，而南部的桐花樹群落則是當地的本地樹種；在無瓣海群落中設置了兩個樣方，其大小為20×20m，在生長情況較好的桐花樹群落中也設置了兩個樣方，其大小為10×10m；采用每木調查的方法，測量樣方內所有樹種胸徑≥6cm的個體的包括相對坐標、株高、胸徑、覆蓋度、物候、枝條數量特征；采用接入載波相位差分RTK基站信號的高精度GPS接收機測量每棵樹的X坐標和Y坐標位置，隨后采用地理信息管理軟件ArcGIS10.5將其放入到數據庫中。

4.根據權利要求3所述的利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法，其特征在于，步驟(7)具體為利用Pix4Dmapper的優化技術和區域網平差技術自動校正研究區所獲得的照片，隨后對原始的POS數據進行識別，獲取有效照片的POS信息，所述POS信息包括照片的編號、經度、緯度、高度、翻滾角、航向角和俯仰角，最后輸出空三計算結果、圖像拼接結果、數字地面模型和正射影像圖，以TIFF格式存儲。