[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

本發明屬于紅樹林地生物量反演技術領域，具體為一種利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法，包括：選擇海岸帶紅樹林生物量反演區域，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。在紅樹林樣地中設置實測樣地，計算紅樹林樣地實測生物量。對獲得的原始的紅樹林激光點云數據進行預處理，利用Pix4Dmapper獲取區域的正射影像圖，提取紅樹林的正射影像數據、光譜數據、紋理數據以及激光點云數據，結合樣地調查數據，借助于隨機森林算法對研究區的變量進行篩選，通過構建隨機森林模型反演區域尺度上的生物量及其空間分布。本發明解決了紅樹林生物量人工調查野外工作難度大，結果精度較低，費時費力等技術問題。

技術領域

本發明涉及紅樹林地生物量反演技術領域，具體涉及一種利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法。

背景技術

紅樹林是熱帶和亞熱帶海岸帶防護林的重要植物類型，它是地球上生產力最高的生態系統之一，也是國際上生物多樣性保護和濕地生態保護的重要對象。紅樹林濕地具有的較高的碳匯潛力，在減緩氣候變化以及全球碳循環方面發揮著重要的作用，前人研究表明，紅樹林盡管只覆蓋了地球表面0.1％的面積，但卻固定了相當于大氣中5％的碳。而生物量作為紅樹林碳儲量和碳匯潛力的重要組成部分，所隔離的“藍碳”是濱海生態系統碳循環的重要組成部分。如何快速、準確的估算紅樹林的生物量成為近年來紅樹林生態系統研究的熱點，這對于應對全球氣候變化、減少溫室氣體排放具有重要的意義。

迄今為止，國際上關于紅樹林生物量的研究大部分多以規則樣方、樣地或樣帶調查為主，調查方法多以現場實測或者勾繪為主，再加上紅樹林多生長在淤泥質潮間帶的固有影響，因此造成了野外實踐難度大，結果精度較低的工作現狀。目前，很少有學者以樣地實測數據、低空無人機航拍影響和激光LiDAR數據相結合，采用機器學習方法估算紅樹林的地上生物量。因此采用低空無人機遙感估算紅樹林地上的生物量問題，則不失為一種高效的創新型研究方法。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法，該方法可快速提高大范圍紅樹林生物量估算的效率，可為當地林業部門以及海洋環境部門提供技術支撐，解決了紅樹林生物量人工調查野外工作難度大，結果精度較低，費時費力，難以在在尺度上進行推廣等技術問題。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案為：

一種利用航拍影像和激光數據反演紅樹林生物量的方法，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；