光谱遥感助力草原生态保护

发布时间：2018-03-22

1. 行业背景及宏观政策
草原是重要的植被生长地区，也是具备高生产力的生态系统类型之一，对草原的综合监测与生态保护是我国对林草资源统筹与生态环境可持续发展的重要举措。
2022年3月国家林草局公布了“2021年草原监测八大成果”，重点对草原样地详查、草原小班划区、遥感技术引入与实施、草原监测全流程系统化与信息化等工作成果量化通报，同时表示将在后续的草原监测中巩固、完善所取得的优秀成果。
同月，自然资源部联合国家林草局发布了《国家林业和草原局关于开展2022年全国森林、草原、湿地调查监测工作的通知》，要求针对草原每年产出资源现状与动态变化情况，严格把控质量、各级高度统一、成果积极共享。

2. 行业现状及痛点

3. 主要草原应用场景

4. 空地一体化遥感监测方案
草原地形复杂，草地类型众多，多光谱遥感以其丰富的信息量、多元化的数据表现形式，充分适用草原各种类型自然环境监测的多目标、多专题、多维度的多指标监测需求。

— 地基方案 —

4.1 MS400系列多光谱相机
MS400系列多光谱相采用模块化设计、一机多用，主要面向于微小型无人机遥感、地基样方观测和物候观测等场景。
MS400系列的多光谱通道为1.3M像素，RGB通道为8.0M像素，光学级玻璃窗口，大光圈、低畸变、宽带透射、全玻璃镜头，高性价比，满足地基遥感领域应用需求。

MS400（左） MS401（右）

4.2 MS401G系列地基多光谱测量仪

MS401G地基多光谱测量仪是以MS401多光谱相机为核心装备、以地基支架或野外信息桩为遥感平台、使用PC端控制软件Yusense Net进行状态控制与参数设置的地基光谱遥感设备，适用于植物表型研究、植被覆盖度评估、植物生长状态与物候观测等近距离目标探测的遥感应用工作。
其中MS401G1为便携式多光谱测量仪，通过将MS401多光谱相机与地基支架结合使用，可为草地样方详查提供高分辨率光谱数据，为定量评估植被覆盖度、植被生产力等量化指标提供数据支撑。

设备组成

MS401G2为固定式多光谱测量仪，通过将MS401多光谱相机加装防护外壳，使设备具有IP56防护等级，加装至固信息桩、观测站等固定式平台，同时配合Yusense Net公网互联模式，充分适应野外恶劣环境，实现长期物候观测需求。

相机保护壳（产品实物与上图存在一定区别，具体以实物为准）

— 空基方案 —

4.3 AQ600系列机载多光谱相机
AQ600系列多光谱相机是一款视频级多光谱相机，拥有5个3.2M像素多光谱通道和1个12.3M像素RGB，蓝宝石光学窗口，大光圈、低畸变、宽带透射、全玻璃镜头，铝合金机身，光谱视频技术可实现植被探测、水体遥感的实时结果视频级输出，满足精准农业、林业监测、河湖生态、目标识别等多种行业应用需求。

图片：AQ600（左） AQ600 Pro（右）

4.4 固定翼多光谱遥感系统
垂起固定翼光谱遥感系统基于AirCross 6 AIR飞行平台，挂载AQ600多光谱相机可同时获取多光谱与高清可见光影像，其依托长航时、快拆装、高性能的飞行特点，适用于大面积草原、复杂地形植被覆盖区等大范围测区、多应用场景的监测需求。

图片：AirCross 6 AIR

小型垂起固定翼多光谱遥感系统作业效率较高，具体飞行参数如下表所示（参数均为电池25000mah高压版电池满电且循环次数≤10次条件下测得）。

小型垂起固定翼遥感系统在进行AQ600多光谱相机单挂载时的飞行效率见如下表所示，飞行参数为默认飞行参数。

4.5 预处理软件 Yusense Map

航空多光谱影像需经过二维建图实现由单张光谱影像向测区正射影像的转变，以实现用户对草原属性判读、草原质量评估以及草原生态评价的需求。
Yusense Map是一款功能强大、操作简单的无人机多光谱影像预处理软件，可以一键式进行相机参数读取、空中三角测量、波段配准、生成正射影像和光谱指数计算等一系列任务，最终完成航空影像的二维建图工作等问题。

4.6 数据反演软件Yusense Map Plus
基于生成的二维正射影像，通过Yusense Map Plus多光谱数据行业应用软件进行草原的植被覆盖度评估、长势分析模块，通过简单便捷的操作完成目标分析、识别及成果输出等一系列流程化处理，提高草原属性调查和林草原质量调查的准确度与自动化水平。

5. 应用场景
在国家制定的草原监测技术方案中，需对草原属性、草地质量等多指标、多专题进行草地班普查与样地详查，此外在针对草原生态环境评估中，还需对草原整体覆被的动态变化与毒害草比例进行量化评估。

5.1 草原属性调查

草原属性主要包括草地覆盖率、草地面积等基础信息，无人机载多光谱遥感设备可针对不同面积尺度的草地进行覆盖度评估，表征牧草空间分布的同时实现草地面积的数值统计。

5.2 草原质量调查

草原质量是综合评价草原多植被生长状态与生物特性的系统化指标，针对草原样地调查与样方普查的多尺度监测需求，采用地基+航空遥感的技术手段可形成多光谱空地一体化的草原质量监测体系，构建多角度、多尺度、多时序的草原综合监测系统；同时结合地面采样数据，对植被生产力、生物量等植被理化指标进行数值反演。

5.3 草原环境评估
宏观评价植被生长状态、动态评估草原重要指示物种发生情况是综合评价草原生态环境状态的重要手段，草原灾后植被修复、草地退化面积与趋势、毒害草分布比例与面积等指标是评价草原生态发展情况的重要方法。航空多光谱遥感基于对植被、毒草、裸土间明显的光谱差异，量化牧草面积比例、精准提取毒草面积，实现对草原环境的综合评估。

6. 成果提供
根据《2022年全国森林、草原、湿地调查监测技术方案》与估价林草局、生态环境部关于草原生态稳定状态监测的成果要求，航空多光谱遥感技术可产出高分辨率影像，为影像判读与目视解译工作提供精细化底图。
在草原属性、草原质量调查方面，针对多指标、多专题的监测目标，多光谱空地一体化监测体系可辅助生成标准的数值反演影像与矢量分级数据，支持在GIS架构的软件或平台中进行分析与全局展示，在丰富草原调查数据成果的同时，也提升了草原专题数据生产的准确度与效率。
在草原环境评估方面，多光谱空地一体化监测体系既可及时发现并定位生态环境变化的指示物种，同时通过动态监测的任务模式，实现对生态红线的实时把控，为草原生态持续稳定发展提供及时的测报信息。

长光禹辰在蒙甘宁草原区开展了多次草原属性与草原质量调查，基于地基多光谱遥感系统与多旋翼航空遥感系统获取多光谱影像，为草原植被覆盖度、生物量反演、总生产力计算提供可靠的数据支撑。

7. 技术优势
【1】提高草原、牧场状态监测准确度与自动化程度，节约人力物力成本，优化草原监测流程体系；
【2】延续光谱遥感应用模式，提高遥感影像空间分辨率与数据可用性；
【3】丰富草类植被监测工作成果，提升草原空间结构与监测指标感知尺度，提高监测成果可复制性。

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