探究森林病蟲害無人機遙感實時監(jiān)測技術(shù)

王有香

青海省湟中區(qū)甘河灘國營林場 青海西寧 811601

1 無人機遙感實時技術(shù)監(jiān)測病蟲害的發(fā)展史

無人機遙感技術(shù)在監(jiān)測森林病蟲害過程中主要經(jīng)歷了以下幾個階段：①起步期。自20世紀，遙感技術(shù)已經(jīng)用于監(jiān)測森林病蟲害，借助航空攝影手段對森林受害情況進行觀察，隨著航空遙感和雷達技術(shù)的出現(xiàn)，遙感技術(shù)基本性能正在不斷提升。②開拓期。21世紀中期，航天遙感技術(shù)逐漸用于監(jiān)測現(xiàn)有資源發(fā)展狀況，在應(yīng)用初期因空間分辨率較低，且受天氣因素影響，故而在檢測森林病蟲害方面沒有取得理想效果。隨著地球資源衛(wèi)星成功發(fā)射，我國逐步加強對遙感監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用狀況的研究，并且觀察森林生長特征，在衛(wèi)星技術(shù)的支持下，空間分辨率得到提升，拍攝的圖像更加清晰。③發(fā)展期。自航空錄像技術(shù)與GPS連接在一起，人們可以借助航空拍攝的圖像記錄地面坐標，飛行速度，航向等基本信息。該技術(shù)在應(yīng)用過程中能夠?qū)⑸仲Y源狀況反映出來，且效果令人非常滿意，并且技術(shù)人員可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來制定具體的防范措施，正因如此許多國家致力于遙感技術(shù)研究，以便能夠獲得更多的信息資源[1]。

2 森林蟲害無人機遙感實時監(jiān)測技術(shù)主要監(jiān)測內(nèi)容

2.1 森林失業(yè)與林冠動態(tài)

病蟲害會導(dǎo)致葉子脫離林木本體，是影響森林生態(tài)系統(tǒng)的重要因素之一。故而對這種現(xiàn)象進行檢測如今已經(jīng)成為森林受損檢測的主要方向。而合理使用遙感數(shù)據(jù)則可以對這類情況進行檢測。無人機遙感技術(shù)借助衛(wèi)星提供的功能可以大范圍對受害森林資源進行評估，而這對我國森林資源發(fā)展具有非常重要的意義和作用。隨著計算機技術(shù)逐漸成熟，失葉遙感監(jiān)測未來發(fā)展空間愈發(fā)廣闊。林冠動態(tài)發(fā)生變化主要是受到失葉現(xiàn)象的影響，并且這已經(jīng)成為一項非常重要的研究內(nèi)容，其地位得到有關(guān)專家的認可。許多研究項目利用衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)對受害森林資源林冠變化情況進行監(jiān)測，例如MSS數(shù)據(jù)。自20世紀中期，人們已經(jīng)利用遙感技術(shù)對林冠變化進行檢測，其中航空攝影可以收集導(dǎo)致林冠發(fā)生變化的數(shù)據(jù)資源[3]。

2.2 森林缺素癥

若森林在發(fā)展過程中受到病蟲害的侵襲，內(nèi)部各種營養(yǎng)元素之間的比例定然會發(fā)生變化，例如葉綠素，水，氮等。植被自身含有的色素與光合能力之間存在某種聯(lián)系，這已經(jīng)成為衡量植物長勢的一個重要標準，故而可以利用無人機遙感實時監(jiān)測技術(shù)對已經(jīng)受到病蟲害侵襲的林木進行監(jiān)控。比如因植物內(nèi)部發(fā)生病變而導(dǎo)致葉綠素含量減少的病癥被有關(guān)人士稱為“缺綠癥”。

2.3 森林植被指標

森林內(nèi)部生物量，植被覆蓋面積，植株自身高度是構(gòu)成森林植被指標的主要因素，而當(dāng)病蟲害發(fā)生時，這些指標會因此發(fā)生變化，故而要加強對病蟲害的監(jiān)測研究。在所有因素當(dāng)中生物量和葉面積是森林生態(tài)系統(tǒng)中最為重要的兩個關(guān)鍵參數(shù)，是保證物質(zhì)以及能量可以正常循環(huán)的重要保障基礎(chǔ)。

2.4 病蟲害生境因子

病蟲害的產(chǎn)生主要與森林內(nèi)部生態(tài)環(huán)境基本情況有直接關(guān)系，受外在因素影響較大，例如氣候、水文、土質(zhì)結(jié)構(gòu)等。生境因子主要指氣溫變化情況，降雨總量和具體分布，濕度等。若想進一步了解病蟲害基本情況和生境因子之間的關(guān)系，則必須對上述各種因素進行深入研究，以此來建立生態(tài)環(huán)境與病蟲害發(fā)展狀況之間的關(guān)系模型，從而了解災(zāi)害發(fā)生幾率和規(guī)模，從而提前做好防治措施。

2.5 森林病蟲害的預(yù)測預(yù)警

預(yù)測預(yù)警不僅是防災(zāi)減災(zāi)工作的關(guān)鍵，同時也是其保障措施，結(jié)合林區(qū)發(fā)展狀況建立具有系統(tǒng)性質(zhì)的管理體系對整體狀況進行預(yù)測預(yù)警，可以有預(yù)防病蟲帶來的危害，收集林區(qū)基本信息，對其資源進行處理，評估災(zāi)害造成的損失，是無人機遙感實時監(jiān)測技術(shù)未來主要的發(fā)展方向。

3 無人機遙感實時監(jiān)測技術(shù)檢測病蟲害的主要方法

3.1 圖像處理方法

（1）多光譜圖像分類。該方法主要用于檢測森林資源中因病蟲害而引起的林冠變化，例如受云杉色卷蛾侵襲，云杉針葉表面會變得更紅，且樹葉會脫離本體；除此之外，在該病蟲的影響下，冷杉頂部落葉會逐漸脫落，之后逐漸向下失葉，最終樹木死亡或者枝干部分變成棕色。根據(jù)各自光譜之間存在的差異特征，使用多光譜影響可以對病蟲活動情況進行監(jiān)測。

（2）影像差值。無人機遙感實時監(jiān)測技術(shù)在對森林病蟲害進行檢測時可以通過該方法來獲得相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并且其精準度要高于單一影像分類。若森林內(nèi)部出現(xiàn)大量病蟲，失葉并不是最為顯著的特征[2]。

3.2 植被指數(shù)及比值方法

植被指數(shù)是對地表植被狀況簡單、有效和經(jīng)驗的度量，無論是災(zāi)情預(yù)報或評價，其依據(jù)都是建立在遙感植被指數(shù)與葉生物量的關(guān)系上，遭受病蟲害必然導(dǎo)致葉生物量的變化從而反映在植被指數(shù)的變化上。因此，可以通過計算植被指數(shù)的變化來計算葉生物量的變化進一步監(jiān)測森林病蟲害的發(fā)生發(fā)展情況。

比值指數(shù)TMS/TM4及TM4/TM3是監(jiān)測和評估我國森林病蟲害的有效參數(shù)。TM5/TM4適合于低葉面積指數(shù)的森林病蟲害監(jiān)測，而TM4/TM3更適合高葉面積植被指數(shù)的遙感監(jiān)測，TM7/TM4還可用來有效估算馬尾松林的野生物量。其研究表明短波紅外與近紅外的比值綜合反映了相互關(guān)聯(lián)且密不可分的三個植被參數(shù)：生物量、災(zāi)害、水分含量。

3.3 參數(shù)成圖技術(shù)

參數(shù)成圖方法是借助統(tǒng)計回歸建立一些波段值或其變換形式與生物物理參數(shù)的半經(jīng)驗關(guān)系預(yù)測模型，從而計算高光譜遙感圖像上每個像元的單參數(shù)預(yù)測值，再采用聚類或密度分割方法將單參數(shù)預(yù)測圖分成不同等級，即為參數(shù)分布圖，作為森林受害信息的提取和病蟲害研究的輔助手段。

4 結(jié)語

綜上所述可以看出，無人機遙感實時監(jiān)測技術(shù)在運用過程中不僅可以進行對森林資源進行大范圍檢測，且精確度會隨之提高，利用高光譜，高分辨率等多種方式對病蟲進行監(jiān)測，但該技術(shù)在運用過程中必須對投入的經(jīng)濟成本進行控制。在處理收集的信息時，該技術(shù)能夠?qū)嶋H自然災(zāi)害以圖像的形式展現(xiàn)出來。抵消來自外在因素對森林資源造成的影響，并且無人機在飛行過程中會利用地面當(dāng)中存在的各種資源信息來提高遙控檢測準確程度，鑒于此在實踐當(dāng)中要將光譜數(shù)據(jù)與影響數(shù)據(jù)相結(jié)合。