[發明專利]一種基于無人機的紅樹林林分健康度評價方法

有效

• 申請號: 202110040607.2
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112881294B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 李瑞利;沈小雪;翟朝陽;于凌云
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G06T7/60;B64C39/02
• 代理公司: 深圳市中聯專利代理有限公司 44274
• 代理人: 尹懷勤

本發明公開了一種基于無人機的紅樹林林分健康度評價方法，該方法首先通過無人機獲取可見光數據；然后，利用像素級種類識別結果以及三維點云重建結果，計算樣地物種多樣性以及單株植株冠幅和樹高；進一步，獲取冠幅大小比數、混交度和角尺度的林分結構指標；最后，根據篩選的紅樹林生態信息指標評估紅樹林生態系統的健康度。本發明方法中借助無人機開展紅樹林林分結構健康評估，操作簡單，實時性強。獲取的紅樹林的健康程度信息可用于各種政策和保護措施的制定，便于紅樹林的高效保護和恢復。

技術領域

本發明屬于紅樹林遙感監測技術領域，具體涉及一種基于無人機的紅樹林林分健康度評價方法。

背景技術

林分結構是林分在未遭受破壞的情況下，林分內部存在的比較穩定的結構規律。林分結構的分析與調整，是恢復森林功能和結構，實現森林可持續經營的重要部分。特別地，對于紅樹林生態系統，單一樹種造林恢復紅樹林面積的弊端近些年已受到關注，合理的林分結構的重要性開始顯現。不同的紅樹植物種類對生境的要求和適應性不同，群落結構單一的紅樹林易被外界環境影響。盡管近年來人工造林的撫育管理手段得到廣泛應用，紅樹林面積有所恢復，但是林地樹種較單一，其中人工引種造成的外來種入侵現象尤為明顯，造成紅樹林林分結構的整體水平較差，亟需紅樹林林分結構評價與科學的林分結構優化調整方案。因此，需要對紅樹林的林分結構健康度進行及時高效的評估。

由于紅樹林環境較為復雜，可進入性差，通過實地樣方調查評估紅樹林林分結構健康度耗時耗力，同時獲取的信息與樣地的設定關系較強，無法反映全部紅樹林生態系統的特征。隨著近些年無人機的大規模應用，無人機在森林制圖、作物管理和植被監測方面帶來的高效率廣受關注。綜上，應用無人機進行紅樹林林分結構快速評估，對于實現紅樹林生態健康的動態監測評估與無人機遙感的應用發展都具有現實意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于無人機的紅樹林林分健康度評價方法，包括以下步驟：

S1：采集紅樹林生態系統的無人機可見光遙感數據，并進行預處理；

S2：對獲取的無人機可見光遙感數據進行植物種類識別得到整個紅樹林樣地的種類識別結果圖，以及經過三維點云重建獲取飛行區域的紅樹植物數字表面模型，結合擬合的數字高程模型，獲取植被高度信息；

S3：基于整個紅樹林樣地的種類識別結果圖和植被高度信息獲取紅樹林生態信息，主要包括物種多樣性、單株植株冠幅和樹高；

S4：基于單株植物的冠幅和樹高確定單木相對位置，計算冠幅大小比數、混交度和角尺度參數；

S5：基于物種多樣性、冠幅大小比數、混交度和角尺度參數構建林分結構健康度評價模型；

S6：根據林分結構健康度評價模型，確定紅樹林林分結構健康度的評價標準，判斷紅樹林林分健康度。

在S1中，采集紅樹林生態系統的無人機可見光遙感數據時，無人機選型為大疆精靈Phantom 4 RTK，其水平方向和高度方向上的定位精度均為厘米級，像素為5472×3648。飛行參數選取為高度為80m，飛行速度為3m/s，航向重疊度為90％，旁向重疊度為80％，鏡頭垂直向下拍攝正射影像，單次作業時間平均為18min，同時，對無人機可見光遙感數據預處理時，根據無人機云臺相機鏡頭畸變參數，對圖像進行畸變校正。

在S2中，具體進行以下步驟：

S21：對預處理后的無人機可見光遙感數據進行裁切，以適配識別模型的圖片輸入尺寸；

S22：利用已優化的基于SegNet網絡框架的紅樹植物種類識別模型，對裁切后的無人機可見光遙感數據進行識別、分類，識別后拼接得到整個紅樹林樣地的種類識別結果圖；