Resonon+LR1601：利用光譜特征時(shí)間序列進(jìn)行松材線蟲病早期監(jiān)測

 

       松材線蟲病（PWD），是由松材線蟲（Bursaphelenchus xylophilus）引起的具有毀滅性的國際森林病害之一，可以在幾個(gè)月內(nèi)對松林造成快速、大面積的危害，已對我國造成了巨大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)損失。因此，及時(shí)的監(jiān)測措施非常必要。高光譜遙感可以獲取數(shù)百個(gè)波段和連續(xù)波長的數(shù)據(jù)來捕獲受危害樹木的生理變化，有助于檢測早期病蟲害。而基于無人機(jī)的高光譜成像儀可以準(zhǔn)確觀測樹木冠層的變化，成為評估森林健康情況的有效工具。然而，以往的研究大多使用單日的無人機(jī)高光譜數(shù)據(jù)，難以監(jiān)測病害發(fā)生的時(shí)間變化并確定最佳的監(jiān)測時(shí)期。

       基于此，在本研究中，來自北京林業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)于2021年5-10月使用多時(shí)態(tài)的數(shù)據(jù)在中國遼寧省撫順市東洲區(qū)（124°12′36′′ -124°13′48′′ E，41°56′53′′ -41°57′46′′）進(jìn)行了研究。在PWD爆發(fā)期間，作者于2021年5月9日、6月9日、7月11日、8月11日、9月13日和10月21日對紅松林進(jìn)行了地面調(diào)查（通過形態(tài)和分子鑒定確定59棵樹攜帶松材線蟲，另外選擇59棵未被感染的樹木作為對照）。于2021年5月11日、6月10日、7月12日、8月18日、9月15日和10月23日晴朗無云的天氣條件下利用DJI Matrice 600 Pro無人機(jī)搭載Resonon Pika L高光譜相機(jī)以及LR1601-IRIS雷達(dá)系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司—北京依銳思）獲取高光譜數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)。在相同條件下同時(shí)獲取UAV RGB圖像。作者分析了每個(gè)樹冠的光譜特征，如光譜反射率、一階和二階光譜導(dǎo)數(shù)以及植被指數(shù)（VIs），以篩選最適用于早期監(jiān)測PWD的敏感特征。使用隨機(jī)森林（RF）分類算法來評估兩組樹木（對照和受危害樹木）之間的可分離性。
 

數(shù)據(jù)獲取和處理流程圖。
 

無人機(jī)高光譜和雷達(dá)系統(tǒng)（A）以及研究區(qū)位置和10月23日獲取的高光譜圖像（B）。地面、UAV RGB和高光譜圖像的變色過程示例（C）以及不同日期采樣樹木的高光譜曲線示例（D）。

【結(jié)果】
 

【結(jié)論】

       本研究中，基于無人機(jī)的遙感數(shù)據(jù)可以成功檢測感染PWD樹木的光譜變化。（1）7月和8月，可以從RGB數(shù)據(jù)和野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)樹木發(fā)生明顯的癥狀，而在6月，樹冠光譜特征對PWD危害的響應(yīng)已經(jīng)被監(jiān)測到，說明6月可能是PWD最佳監(jiān)測時(shí)期；（2）光譜導(dǎo)數(shù)是對感病松樹最具識(shí)別能力的參數(shù)，其次是光譜反射率和VIs；（3）基于7-10月高光譜數(shù)據(jù)，利用RF分類器可以將兩組樹成功分離，整體分類精度為0.75~0.95。
 

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