无人机可见光遥感木麻黄人工林株数提取方法比较研究

以福建平潭岛木麻黄人工林为研究对象,对比研究基于无人机可见光遥感数据的株数提取方法,探讨多种方法在不同林龄木麻黄人工林株数提取的适用性。通过轻型旋翼无人机获取研究区可见光相片,经预处理生成无人机可见光正射影像（DOM）和冠层高度模型（CHM）;分别选取成熟林、幼龄林6块标准地区域,使用基于冠层高度模型的局部最大值方法（LMC）、基于正射影像的局部最大值方法（LMD）、基于正射影像的多尺度分割方法（MST）提取标准地株数;最后通过3种方法提取的株数和实测数据进行对比分析。结果表明： 3种方法中LMC总体提取精度最高,F_score为0.97,而LMD和MST总体提取精度明显降低,F_score分别为0.90、0.78; LMC方法对幼龄林和成熟林的株数提取精度相近,幼龄林和成熟林的F_score皆为0.97。 LMD方法在成熟林的株树提取精度略高于幼龄林,尤其2种林龄类型的P值相差较大,幼龄林RE：0.97、P：0.81、F_score：0.88;成熟林RE：0.94、P：0.89、F_score：0.91。 MST方法在成熟林的株树提取精度明显高于幼龄林,幼龄林 RE：0.88、P：0.67、F_score：0.76;成熟林RE：0.88、P：0.74、F_score：0.81。因此,3种方法中,LMC总体株数提取精度最高,且适用于不同林龄的木麻黄人工林株数提取,可以满足实时、快速提取木麻黄人工林株数的需求。     

应用可见光遥感影像的林区植被分割方法

为快速准确提取可见光遥感图像中的林区植被,降低林区复杂地物与不均匀的光照对提取效果的影响。采用无人机获取的林区可见光遥感图像,利用ArcGIS软件根据植被与裸地、道路以及光照均匀程度的不同占比进行裁剪,获得5个试验样区,分别利用多尺度分割、光谱差异分割和多尺度结合光谱差异分割方法对样区影像进行分割,应用最近邻分类方法分类并分析3种分割方法对分类精度的影响。研究结果表明：基于多尺度分割的分类精度整体优于光谱差异分割和多尺度结合光谱差异分割,植被分类总体精度分别为90.0%、93.0%、92.0%、89.0%、94.0%,Kappa系数分别为0.801、0.855、0.839、0.781、0.880。使用多尺度分割在林区植被提取时受环境影响小,可以有效提取林区植被信息。     

毛竹林叶面积指数和郁闭度空间分布协同克里格估算

在地面调查的基础上,利用协同克里格插值法对研究区内毛竹Phyllostachys edulis林叶面积指数(LAI,leaf area index)和冠层郁闭度(CC,canopy closure)2个冠层参数进行空间分布估算研究,并与普通克里格插值法进行了比较。研究结果表明:①球状模型可以用来反映LAI和CC的空间变异,且两者具有强烈的空间自相关特征。②协同克里格插值得到的LAI预测值与实测值之间的决定系数R2为0.635 1,而CC的决定系数R2为0.428 5;与普通克里格法相比,基于协同克里格法的LAI和CC预测精度均得到改善,其中LAI预测精度提高了1.94%,均方根误差减少2.00%,平均标准误差减少0.18%,而CC预测精度提高了4.82%,均方根误差减少1.90%,平均标准误差减少1.30%。③安吉县毛竹林LAI和CC都具有从西南到东北逐渐递减空间分布格局,在一定程度上反映了安吉县不同区域毛竹林经营水平的差异。     

基于像元二分模型的森林郁闭度估测方法

以遥感影像与森林资源一类调查数据为基础,基于归一化植被指数(NDVI)的像元二分模型对密云县森林郁闭度进行遥感估测,模型的纯像元植被指数通过样地数据来确定.经验证,模型估测值与实测值相关系数为0.73,相对误差为14.40％.结果说明,采用像元二分模型与森林资源一类调查数据结合进行森林郁闭度估测,技术路线简单可靠,精度可满足要求,同时能弥补TM影像分辨率的不足,具有一定的推广价值.     

基于GF-1PMS影像的森林郁闭度定量估测模型研究

森林郁闭度是我国森林资源二类调查中的重要林分因子之一,为探索高分一号影像在森林郁闭度定量估测的可行性,以内蒙古自治区东北部柴河林业局为研究区,基于GF-1 PMS多光谱影像和DEM数据,以纹理特征、光谱信息和地形因子为自变量,采用k-最近邻法（k-Nearest Neighbor,k-NN）、稳健估计以及偏最小二乘法3种方法构建研究区域的森林郁闭度估测模型,辅之以二类调查小班数据和现地实测数据进行模型精度评价。结果表明:1）3种郁闭度估测方法的应用效果均能满足实际需求,这说明GF-1 PMS多光谱影像在森林郁闭度定量估测方面具有一定的潜力;2）k-NN法和稳健估计的实际应用效果明显优于偏最小二乘法,且2种模型的估测精度均>80%;3）3种郁闭度估测稳定性分析,结果显示k-NN法稳定性较好,而稳健估计法和偏最小二乘法估测模型不稳定。     

基于无人机遥感影像的裸岩识别及早期石漠化评价

石漠化是造成喀斯特地区生态环境退化和社会经济落后的主要因素之一.石漠化现状及其空间分布的调查与评价是治理石漠化的前提.基于卫星遥感技术的石漠化调查评价方法,因受传感器性能及自然环境的限制,信息提取精度较低,适用于裸岩呈大面积连片分布的石漠化地区.无人机遥感技术为石漠化调查评价提供了新的途径,由于所获图像分辨率高,特别适用于裸岩呈小面积破碎化分布的早期石漠化地区.以重庆市北碚区槽上地区局部为研究区,基于无人机可见光影像,利用面向对象图像分析方法识别提取破碎化裸岩并完成早期石漠化调查评价.采用多尺度分割法来分割影像,先确定最优分割尺度,然后创建具有层次结构的地物对象.利用不同层次地物的光谱与形状特征建立对应的地物分类规则.将地物自动分类结果与目视解译数据比较,对基于规则的对象分类方法进行精度评价.统计研究区所提取裸岩的面积,根据所占比例,对石漠化程度进行评价.结果表明,采用面向对象的规则分类方法对试验区无人机高分辨率影像地物类型分类的总体精度为88.6%, Kappa系数为0.86;裸岩所占面积为21.2%,石漠化程度评价为微度.     

应用无人机可见光遥感技术估测林分蓄积量

以云南省富民县典型天然云南松(Pinus yunnanensis)纯林为研究对象,结合无人机影像获取和外业样地调查对林分蓄积量估测。结果表明：利用目视解译方法提取云南松单木冠幅,精度达72%;采用11种模型拟合得到云南松林分不同郁闭度的胸径-冠幅最优回归模型;3个郁闭度等级林分的平均蓄积量估测精度分别达53.12%、78.65%和81.16%。由此可见,中、高郁闭度林分的平均蓄积量估测精度较高,说明了无人机遥感估测林分蓄积量的可行性和适用性。     

一种面向农业无人机影像分割的尺度参数自动确定方法

【目的】自动提取影像中作物种植区域信息,对于推动无人机高分辨率影像在精准农业中的应用具有重要意义。本研究针对分割评价函数中加权局部方差法(weighted local variance,WLV)的缺陷,面向农业无人机影像高精度自动分割的需求,提出改进方法并基于不同作物田间试验数据进行对比验证。【方法】针对WLV没有充分考虑分割对象内部同质性的问题,本研究在WLV的基础上增加对象间同质性的计算,提出了改进加权局部方差法(improved weighted local variance,IWLV)。设计玉米氮肥试验和小麦水肥试验,获取不同作物不同时期及长势下的无人机影像。基于获取的无人机影像,设置不同情景,分别耦合主流分割算法与WLV、IWLV法开展影像分割,将它们的分割结果与人机交互分割结果进行对比,并基于单尺度对象精度(single-scale object accuracy,SOA)法进行评价。【结果】基于WLV法选择的最优分割尺度往往偏大,分割影像时会存在欠分割现象,而基于IWLV法选择的分割尺度进行分割的结果与人机交互分割结果更为接近。对于所有设定的分割情景,IWLV法获得了更高...     

基于改进的像元二分模型估测郁闭度

目的郁闭度是森林资源调查的一个重要因子,它不仅可以反映森林冠层的郁闭程度和树木利用空间的程度,并且能够指示林分密度。遥感为区域和全球尺度精确估测郁闭度提供了前所未有的契机,使得大面积郁闭度监测制图成为可能。本文旨在利用资源三号卫星影像数据结合模型对区域尺度上落叶松林进行郁闭度估测。方法以黑龙江省佳木斯市桦南县孟家岗林场落叶松人工林为研究对象,首先采用像元二分模型对植被覆盖度进行估算,通过探寻植被覆盖度与郁闭度的关系,对像元二分模型进行改进,通过计算不同累积频率归一化植被指数（NDVI）的值作为模型参数,对比不同参数取值时模型拟合效果得到最优模型,并利用模型估测郁闭度。结果拟合结果表明,2%累积频率下模型拟合效果最好,模型R2为0.838,RMSE为0.045,最后利用该模型得出孟家岗林场落叶松人工林郁闭度分布图。结论利用改进的像元二分模型可以较为准确地估测郁闭度。本研究对探索我国北方落叶松人工林郁闭度遥感估测提供了更有效的途径,同时也为森林资源和参数的调查提供一定的参考依据。      

基于无人机可见光遥感影像的耕地精准分类方法研究

无人机可见光遥感具有使用成本低、操作简单、实时获取遥感影像、地面分辨率高等优势。提出了一种利用无人机可见光遥感影像进行耕地精准分类的方法,以广东省惠州市惠东县铁涌镇石桥村部分耕地的可见光遥感影像为研究对象,对耕地的面积信息、形状信息以及位置信息进行监测和提取,采用面向对象法对影像中两种基于可见光波段的植被指数、纹理信息、形状信息进行分析,研究出分类提取耕地信息的较佳方案。经过反复实验确定分割尺度45、合并尺度90为分割参数,同时利用波段信息和纹理信息对未种植作物耕地和其他地物进行分离。该方法总体精度为89.23%,Kappa系数为0.72。实验结果表明利用无人机可见光遥感数据对耕地进行分类虽然存在一些细碎地块被错提、误提的情况,但总体精度仍然保持在一个很高的水准,可以为耕地作物分类提供参考,为实现精准农业提供精准的数据基础。     

毛竹林分可视化研究

毛竹Phyllostachys edulis林是一种具有较高经济效益和生态效益的特殊森林类型,科学经营管理毛竹林不仅能有效地保护生态环境,而且对发挥毛竹林的经济效益具有十分重要的现实意义。如何提高毛竹林经营管理的技术水平一直是经营者关注的焦点。采用集成OnyxTREE BAMBOO,3ds Max和ArcGIS等种软件,重点将前者的三维建模功能和后者的三维显示功能相结合,实现毛竹林分的三维可视化,旨在为毛竹林科学经营管理提供新的技术方法。选择浙江省天目山国家级自然保护区内的毛竹林为研究对象,建立100 m × 100 m固定标准地,用全站仪测定每株毛竹的基部三维坐标（x,y,z）,调查毛竹的胸径、竹高、枝下高和冠幅等因子。根据调查数据,基于OnyxTREE BAMBOO和3ds Max软件,对不同生长状态的毛竹进行三维建模,再导入ArcGIS,在ArcScene中与数字高程模型（DEM）叠加,最终实现毛竹林分的三维可视化。研究取得较好的可视化效果,观察者既可以俯瞰整片竹林,掌握竹林整体状况,也可以深入竹林内部,直观了解毛竹的具体生长状态,如毛竹的死活、弯直、折断、倒伏等,以及地表的起伏状况。单击任一株毛竹,还可以很方便地查看其相关信息包括毛竹的竹高、胸径、冠幅、枝下高、坐标等。此外,借助ArcScene的漫游功能,可以实现竹林内部实时漫游观察,可以设定漫游路径,实现固定路径漫游,以及将漫游动画保存为视频格式进行输出。研究探索出了一套完整的毛竹林可视化技术方法,此方法可操作性强,应用于毛竹林可视化经营管理,不仅可以真实反映毛竹林分的当前生长状况,还可以直观展现竹林采伐或自然干扰后的林分状况,为进一步研究毛竹林动态变化的可视化奠定了基础。     

不同介质对毛竹润胀效果的影响

以毛竹Phyllostachys edulis为研究对象,采用不同浓度无水碳酸钠（Na₂CO₃）,氢氧化钠（NaOH）,氯化锌（ZnCl₂）水溶液（结合硝酸蒸煮）及去离子水对毛竹材进行润胀处理,以体积、面积变化率作为润胀效果的影响指标,观察毛竹宏观、微观构造的变化,探究在不同水溶液中毛竹材的润胀效果。结果表明:氢氧化钠水溶液与碳酸钠水溶液对毛竹的润胀效果较好;润胀效果随水溶液浓度的变化而变化,氢氧化钠水溶液浓度越低,润胀效果越好,而碳酸钠水溶液则相反,其中0.5 mol·L-1氢氧化钠水溶液和1.0 mol·L-1碳酸钠水溶液对毛竹的润胀效果最佳,体积增大率分别为9.69%和10.57%;直接使用氯化锌水溶液对毛竹进行润胀,润胀效果较差,但低浓度硝酸水溶液预处理可提高氯化锌水溶液对毛竹的润胀效果,其中500 g·L-1氯化锌水溶液浸泡后（100 g·L-1硝酸水溶液预处理）体积增大率为7.98%。同时,通过对润胀前后毛竹横切面不同区域面积的计算,显示在润胀过程中,纤维鞘区域面积变化幅度明显大于薄壁细胞区域面积变化幅度,说明毛竹润胀后体积变化的因素主要来源于纤维鞘分布面积的变化。     

毛竹林立地与结构的关系及其对生物量的影响

  目的  研究立地因子和结构因子中影响毛竹Phyllostachys edulis林生物量的主导因子,并解析主导因子之间的关系及其对毛竹林生物量的影响。  方法  在浙江省10个县(市)选择少受人为干扰的毛竹林,设置52个样地,通过随机森林筛选出影响毛竹林生物量的主导因子,在此基础上构造结构方程模型,分析各主导因子对毛竹林生物量的直接、间接和总影响。  结果  立竹度、林分平均胸径和竞争指数是林分结构因子中影响毛竹林生物量的主导因子。土层厚度和海拔高度是立地因子中影响毛竹林生物量的主导因子。结构方程模型分析结果表明:模型中所预设的路径能够被接受,也能较好体现所采集的数据。立竹度、林分平均胸径、竞争指数和土层厚度的总影响为正,对毛竹林生物量有正影响。海拔的总影响为负,对毛竹林生物量有负影响。林分平均胸径对毛竹林生物量的总影响最大,为0.739。立竹度对毛竹林生物量的直接影响大于间接影响。土层厚度对毛竹林生物量的间接影响最大,达0.492。立地因子中,土层厚度对毛竹林生物量的总影响大于海拔高度。海拔高度、土层厚度和竞争指数对毛竹林的间接影响大于直接影响。  结论  毛竹林的主要构件因子立竹度和林分平均胸径与毛竹林生物量的关系最为密切。海拔高度、土层厚度和竞争指数主要通过影响毛竹林的构件因子,间接影响毛竹林生物量。在毛竹林经营中,应当综合考虑立地因子、非空间结构和空间结构及其相互关系对毛竹林生物量的影响,在充分利用立地潜力的基础上,调控毛竹林结构,提高毛竹林生产力。图3表3参40     

封育年限对毛竹林凋落物和土壤持水效能的影响

  目的  探讨自然封育对毛竹Phllostachys edulis林凋落物和土壤持水效能的影响,为评价不同类型毛竹林水源涵养功能提供科学依据。  方法  以空间代替时间的方法,以浙江省杭州市余杭区不同封育年限(10、20、30 a)和常规经营(对照)的毛竹林为对象,研究不同封育年限对毛竹林凋落物层和土壤层持水性能的影响。  结果  自然封育提高了毛竹林凋落物的持水能力,与对照相比,毛竹林凋落物储量、最大持水量、有效拦蓄量分别增加了85.7%~300.7%,92.0%~402.8%,87.7%~377.6%(P＜0.05)。自然封育后毛竹林土壤的非毛管孔隙度显著增大(P＜0.05),表层(0~30 cm)土壤容重显著降低(P＜0.05),毛竹林土壤非毛管持水量显著增加(P＜0.05);自然封育20 a后表层(0~30 cm)土壤最大持水量比常规经营显著提高了18.1%~33.2%(P＜0.05)。  结论  自然封育能显著提高凋落物的持水能力和表层土壤的持水效能,且随着封育年限的延长水源涵养功能增强。图4表4参25     

基于无人机可见光图像的作物分类研究

【目的】采用无人机遥感技术对作物进行分类识别,为及时获取农田信息、制定农田管理策略及产量估测提供技术支持。【方法】采用无人机遥感平台,获取试验区域玉米、桃树、菜花、大豆的可见光正射影像;利用HSV色彩空间转换和纹理滤波,获取不同地物的24项纹理特征与3项色彩特征。分别通过ReliefF算法及基于支持向量机的递归特征消除算法(support vector machine-recursive feature elimination,SVM-RFE)进行特征选择与分类,建立6种监督分类模型,利用得到的特征子集对其进行训练,对各模型分类效果进行精度评价。【结果】由SVM-RFE特征子集训练的6种监督分类模型测试集的分类精度均高于80%,分类精度平均提高5.023%,优于ReliefF特征子集训练的监督分类模型,其中SVM-RFE特征子集与支持向量机模型组合对作物的监督分类效果最佳,总体精度达83.417%,Kappa系数为78.60。【结论】基于无人机遥感技术的作物分类识别是可行的。     

闽西北不同类型毛竹林生物量分布格局

以福建省天宝岩自然保护区的毛竹纯林(Ⅰ)、竹阔混交林(Ⅱ)和竹针混交林(Ⅲ)为研究对象,对其生物量分布格局进行研究。结果表明,不同类型毛竹林生物量和生产力不同,林分Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的生物量分别为143 418.06、135 469.53和131 782.78 kg.hm-2,生产力分别为59 786.55、54 921.44和38 418.68 kg.hm-2.a-1,毛竹林纯林化经营可以提高竹林的生产力。经营方式对毛竹林不同器官间生物量分配也有重要的影响,毛竹纯林竹秆质量分数明显高于混交林的质量分数,竹根质量分数低于混交林的质量分数。毛竹主要经济组分为竹秆,纯林较高的竹秆质量分数,保证了毛竹林较高的经济效益。不同类型毛竹林株数和生物量的径级分布特征不同,毛竹纯林和竹阔混交林>49%的毛竹胸径分布在10.5~12.5 cm,生物量占整个林分的54.25%和53.71%,而竹针混交林54.90%的毛竹分布在9.5~11.5 cm,生物量占林分的54.34%,竹阔混交毛竹林具有较高的生物量和生产力,竹阔混交经营可能是一种较好的经营模式。     

毛竹植硅体微观形态及稳定性的扫描电镜初探

为了揭示竹子植硅体表面形态和结构,探究植硅体在缓冲液浸泡后形态是否稳定,以毛竹Phyllostachys edulis叶片为研究材料,采用微波消解法、湿灰化法和干灰化法,提取毛竹叶片中的植硅体。对提取的植硅体经镀金膜处理,用扫描电子显微镜（SU-8000 Hitachi）观测。结果表明:毛竹植硅体具有多种形态。微波消解法提取的毛竹植体长为12~14 μm,宽为7~10 μm,植硅体呈现长鞍形（竹节形）,图像细节清晰,植硅体形态完整;湿灰化法和干灰化法提取的毛竹植硅体呈哑铃形,长约为12 μm,连接处宽度约为4 μm,两端的宽度约8 μm,并且用湿灰化法提取的毛竹植硅体还可见微小突起。微波消解法是提取毛竹植硅体比较理想的方法。微波消解法提取的植硅体在pH 10的硼酸缓冲液中浸泡15 d后的微观形态可见:植硅体外表已出现溶蚀坑,表面变粗糙,可见硅质颗粒,呈现为聚集分布。说明植硅体表面已被破坏,呈现不稳定状态。     

经营方式对毛竹林养分分布的影响

以福建省永安市天宝岩自然保护区不同人为经营方式的毛竹林为研究对象,对毛竹林Ⅰ(挖笋+劈草)、Ⅱ(挖笋+劈草+专用肥)和Ⅲ(挖笋+劈草+专用肥+灌水)的养分元素分布格局进行了研究.结果表明,施肥、施肥+灌水等经营方式增加了植被层的养分累积量质量分数,降低了土壤层养分累积量质量分数,平衡乔木层和土壤层碳氮贮量是森林实现科学经营的关键.施肥+灌水虽然明显增加了毛竹林系统养分元素的累积绝对量,但是增加最多的是K元素,而N、P元素累计量呈降低趋势,氮、磷元素是植物生长发育的必需元素,是系统生产力构成的重要因素,氮、磷元素的减少可能损害竹林持续立地生产能力.3种林分主要养分元素在不同层次的排列顺序均为土壤层>乔木层>凋落物层>灌木层>草本层,土壤层养分累积量占养分总累积量99%以上,植被层中乔木层累积量最高,其在植被层中的质量分数高于85%.     

厚竹孕笋成竹过程中内源激素动态变化

为了揭示厚竹Phyllostachys edulis ‘Pachyloen’在孕笋成竹过程中内源激素的分布特征和动态变化,探索内源激素对厚竹孕笋成竹的调控作用,采用酶联免疫吸附法（ELISA）,分别测定潜伏芽（鞭芽）、笋芽、冬笋、春笋和新竹中的吲哚-3-乙酸（IAA）,赤霉素（GA₃）,玉米素核苷（ZR）和脱落酸（ABA）质量分数,并分析差异性。结果表明:厚竹中IAA和ABA质量分数显著高于GA₃和ZR。笋芽膨大期同种内源激素及内源激素总量在潜伏芽、笋芽和冬笋之间差异不显著。竹笋快速生长期,春笋笋箨中的IAA和ZR显著高于潜伏芽,IAA,ABA和ZR显著高于笋肉,笋肉中ABA显著低于潜伏芽。新竹长成后,竹枝和竹叶中内源激素质量分数表现为ABA > IAA > ZR > GA₃,而竹秆和蔸根中则为IAA > ABA > ZR > GA₃。孕笋成竹过程中,不同内源激素及其比值的动态变化不同,其中孕笋过程中IAA,ABA和GA₃,ZR/IAA,ZR/GA₃和GA₃/IAA变化显著,成竹过程中IAA,ABA,ZR/ABA,ZR/IAA,GA₃/IAA和ZR/GA₃变化显著。内源激素的种类、质量分数及相互间的协调或拮抗作用对厚竹的孕笋成竹具有重要的促进或调控功能。     

氮素施肥对毛竹生产力与光合能力的影响

竹林施肥是集约经营毛竹Phyllostachys edulis林提高经济效益的重要手段之一。为了确定毛竹林氮素的合理施肥量, 从2006-2011年持续调查了氮素施肥对毛竹竹笋和竹材产量的影响, 在2011年测定了施肥对毛竹光合色素和光合作用的影响。结果表明:100, 250和400 kg·hm-2施肥水平均能显著促进毛竹冬笋、春笋和竹材产量提高以及新竹胸径增大, 其中在250 kg·hm-2施肥水平时, 各平均值分别比对照提高了6.8倍(P < 0.01), 2.0倍(P < 0.01), 1.1倍(P < 0.01)和33.3%(P < 0.01), 但是250和400 kg·hm-2施肥水平之间无明显差异。氮素施肥后, 1年生和3年生毛竹叶片的光合色素质量分数、光饱和点、净光合速率均明显提高, 而光补偿点和胞间二氧化碳摩尔分数则明显降低。这表明植株的光合能力明显提高, 其中以250 kg·hm-2施肥效果最明显。综合分析试验结果, 毛竹林施肥量以250 kg·hm-2为宜。