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使用多光譜成像進行生態觀測

發布時間:2023-04-21
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經過多年將衛星圖像用于更大規模的景觀應用之后,賽斯拜克獲得了一種用于成像和測繪生態項目的新型高分辨率機載多光譜相機,即使在云層覆蓋下,也能獲得與生態相關的信息意象。

經過多年將衛星圖像用于更大規模的景觀應用之后,賽斯拜克獲得了一種用于成像和測繪生態項目的新型高分辨率機載多光譜相機,即使在云層覆蓋下,也能獲得與生態相關的信息意象。

對于光高光譜相機,捕獲動態生態過程數據的圖像時間非常重要。根據需要捕捉圖像的靈活性也是如此——例如,當落葉樹失去葉子但侵入性的、外來的普通沙棘仍然是深綠色時。對于其他航空攝影供應商來說,靈活性通常很困難,他們更習慣于為工程或基礎設施目的成像,對時間問題不那么敏感。

使用紅外波段

紅外波段可實現與植被研究相關的特定應用,并提供對植被“綠色度”或“生產力”的獨特觀察。紅外波段可以捕捉與植物組織或細胞中存在的葉綠素 A 或 B 色素的數量和類型相關的反射率。這種敏感性與檢測植被中的葉綠素相關,使研究者對生態相互作用有了獨特的理解,否則可能無法檢測到這些相互作用(見圖 2)。

用于繪制和監測城市樹冠的彩色紅外圖像。黑點是白蠟樹,被用來“訓練”物種鑒定的光譜表征方法。

用于繪制和監測城市樹冠的彩色紅外圖像。黑點是白蠟樹,被用來“訓練”物種鑒定的光譜表征方法

植物生產力是衡量植物狀況、活力、水分和健康狀況的指標。確定生產性植物組織在景觀中的分布位置和方式可用于衡量生態系統狀況,包括作物生產力、生物量體積、病蟲害影響的檢測和測量,以及植被群落類型的繪圖。在某些情況下,它還用于識別和繪制特定植物物種,包括各種草、莎草、雜草或樹木,以及與藻類生長相關的不同水生模式。

機載影像采集完成后,通常會被帶入高性能軟件程序,旨在將多幅影像無縫“拼接”成單張影像或覆蓋整個感興趣區域的影像拼貼集。在此過程中,對影像進行正射校正,這是一種調整影像以考慮景觀地形起伏的方法。此外,圖像是色彩平衡的,直方圖是標準化的,這對于光譜分析和遙感應用至關重要。

圖像經過處理后,便成為受過訓練的遙感和生態專業人員團隊的生態工具。通過將對高等數學、統計學和計算機科學的理解與生態專業知識以及對植被季節性、衰老和物候學的深入了解相結合,光高光譜相機 發現了成為理解景觀變化藍圖的空間模式。使用紋理、大小、形狀和反射率等變量映射特征。圖像特征分析為復雜的生態趨勢提供空間解決方案,并為與景觀恢復相關的關鍵決策提供信息。

映射入侵灌木

機載光高光譜相機最近的一個項目涉及繪制一種木本入侵灌木灌木金銀花的地圖,該灌木已經在某南部的大片森林地區定居。這個 100 平方公里的區域的測繪是通過空中飛行開始的,隨后由使用者進行實地工作對植物狀況進行了測量,然后使用調查質量的 GPS 定位找到了數十個單獨的金銀花灌木叢。

公用設施走廊內繪制的木本入侵物種分布該圖顯示入侵物種分布從走廊擴展到優質林區

公用設施走廊內繪制的木本入侵物種分布(黃色/紅色)。該圖顯示入侵物種分布從走廊擴展到優質林區。


在地面上測量的植物被用來創建統計“光譜特征”,以“訓練”GIS 軟件識別圖像上的植物。改進和進一步校準生成的地圖具有非常高的可靠性,精確顯示了金銀花植物的分布,與整個項目區域(超過 100 萬畝)中發現的其他理想灌木區分開來。能夠為私人土地所有者和公共土地管理機構的工作人員提供精確的地圖,以及數萬種入侵植物中每一種的坐標,這樣他們就可以前往每一種植物并將其移除,作為根除計劃的一部分。

光高光譜相機產生的成像不會像高空飛行的飛機和衛星那樣受到云層和較低光照條件的影響,它們的運行會隨著云層的增加而停止。該技術還獲得了非常精確的紅外和彩色波段,這些波段都是地理參考的,支持使用者以前無法進行的新型分析。

光高光譜相機安裝在無人飛機底部,它可以拍攝數萬畝的土地。數據存儲在便攜式硬盤驅動器上,降落時將其從飛機上取下并通過文件傳輸協議站點發送到圖像處理辦公室。

更多應用

從 500 英尺拍攝的地理參考傾斜照片

從 500 英尺拍攝的地理參考傾斜照片。

光高光譜相機有許多陸上應用。通過繪制湖泊和河流的水質損害圖,可以確定是否需要疏浚等沉積物管理,至少在透明度較高的水道中是這樣。繪制有害藻類甚至入侵水生植物的地圖很容易完成。繪制農作物歉收圖也很有效,例如夏季干旱期間發生的作物歉收。此外,這些圖像對于早期檢測樹木病害(例如白蠟樹蛀蟲)也很有價值,這有助于確定城市行道樹管理的需求和成本。

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