Resonon+LR1601 | 機載高光譜成像和激光雷達(dá)相融合用于洋白蠟EAB危害的早期監(jiān)測及新的EAB監(jiān)測指數(shù)-NDVI
 

      北京百萬畝平原造林項目種植了大面積的北美外來樹種—洋白蠟。作為一種外來樹種，它極易受到中國本土害蟲—白蠟窄吉丁（EAB）的危害。在EAB危害早期，洋白蠟沒有明顯的受害癥狀，危害嚴(yán)重后洋白蠟則會大量死亡，因此，亟須開發(fā)出一個精準(zhǔn)有效的EAB危害的早期監(jiān)測技術(shù)以阻止其進(jìn)一步擴散蔓延。遙感技術(shù)對識別樹木大尺度生理和形態(tài)變化至關(guān)重要，激光雷達(dá)可以準(zhǔn)確采集物體的三維信息，進(jìn)行單木分割，提取每棵樹的位置和結(jié)構(gòu)信息，從而對森林進(jìn)行精準(zhǔn)管理。無人機系統(tǒng)的快速發(fā)展極大地增強了激光雷達(dá)在森林健康監(jiān)測方面的能力。然而，目前尚未有相關(guān)研究將機載高光譜圖像（UAV-UI）和激光雷達(dá)（LiDAR）相結(jié)合進(jìn)行EAB監(jiān)測。
 

      基于此，在所附的文章中，來自北京林業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊于2019年8月和9月在中國北京通州區(qū)漷縣鎮(zhèn)（37.7125°N，116.8528°E）（圖1）的一片白蠟樹林進(jìn)行了相關(guān)研究。作者將機載高光譜圖像（Resonon Pika L高光譜相機）和激光雷達(dá)（LR1601-IRIS機載激光雷達(dá)系統(tǒng)（依銳思，北京理加聯(lián)合科技有限公司））相融合（圖2）監(jiān)測了EAB對白蠟?zāi)镜奈：�，主要研究目�?biāo)為：（1）確定哪個窄波段光譜HI數(shù)據(jù)和3D LiDAR數(shù)據(jù)最有利于白蠟樹EAB危害的早期監(jiān)測；（2）結(jié)合UAV-HI和LiDAR，開發(fā)一種有效且快速方法進(jìn)行EAB相關(guān)脅迫的早期監(jiān)測；以及（3）開發(fā)半自動分類器用于北京地區(qū)白蠟樹EAB的早期監(jiān)測。
 

【結(jié)果】

      通過PLS-VIP算法，確定R678 nm是對EAB危害最敏感的高光譜單波段。在此基礎(chǔ)上，提出了一個新的EAB早期監(jiān)測指數(shù)-NDVI（776，678）。LiDAR數(shù)據(jù)被用來進(jìn)行單木分割和提供單木三維結(jié)構(gòu)信息。通過使用NDVI（776，678）指數(shù)，不同受害程度白蠟樹的分類準(zhǔn)確率得到了較大提升。其中，健康樹木的準(zhǔn)確度為90%，輕度受害的準(zhǔn)確度為76.25%，中度危害的準(zhǔn)確度為58.33%，重度危害的準(zhǔn)確度為100%，總準(zhǔn)確度為82.90%。
 

圖4 在選定的敏感波段范圍內(nèi)：（a）400-1000 nm；（b）484-571 nm；（c）608-698 nm；（d）938-1000 nm，不同EAB危害階段白蠟樹冠層平均反射率值。
 

表1 六個數(shù)據(jù)集對四個EAB危害程度的RF分類結(jié)果。

【結(jié)論】

      闊葉樹鉆蛀性害蟲的精準(zhǔn)治理是可持續(xù)森林管理不可或缺的一部分。由于鉆蛀性害蟲管理的復(fù)雜性，需要高技術(shù)手段進(jìn)行有效和準(zhǔn)確管理。無人機高光譜、激光雷達(dá)和人工智能技術(shù)相結(jié)合為精準(zhǔn)森林提供了有效解決方案。本研究從HI中收集了窄帶光譜信息，從LiDAR中收集了3D數(shù)據(jù)，并開發(fā)了新的植被指數(shù)，NDVI（776,678），用于白蠟樹EAB危害的精準(zhǔn)管理。在HI的原始窄波段反射率光譜中，678 nm處的反射率是檢測白蠟樹EAB危害最敏感的波段。LiDAR成功用于單木分割。單獨使用LiDAR數(shù)據(jù)區(qū)分白蠟?zāi)疚：﹄A段的準(zhǔn)確度很低，表明LiDAR對洋白蠟EAB危害早期監(jiān)測不敏感。
 

      新指數(shù)，NDVI（776,678），在白蠟樹健康，輕度和中度階段存在統(tǒng)計學(xué)顯著差異（p < 0.0001）。同時，當(dāng)結(jié)合HI和LiDAR時，其識別輕度EAB危害階段的準(zhǔn)確度為76.25%，對所有危害階段的總準(zhǔn)確度為82.90%，這高于未使用NDVI（776,678）情況下的準(zhǔn)確度。
 

       因此，NDVI（776,678）是一個很好的新窄波段植被指數(shù)，可用于洋白蠟不同EAB感染階段制圖，也可用于指導(dǎo)北京地區(qū)闊葉樹健康遙感監(jiān)測。
 

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