松材变色立木监测方案——安徽黄山松材变色疫木监测

一、前言

【1】背景介绍

作为我国唯一一个一级林业有害生物物种，松材线虫病对森林生态系统具有极高的危险性与毁灭性，现已扩散至18个省（区、市）、672个县级行政区，累计造成超过6亿株松树死亡。

近年来，因遭受林业有害生物侵害的森林面积逐渐增加，国家林草局在7月29日召开会议提出，将在国家“十四五”期间开展松材线虫病防控五年攻坚行动，遏制松材线虫病快速蔓延势头，维护国家森林生态安全。

【注：松材线虫病疫木表征之一为针叶全呈红黄色，所以松材变色立木识别与监测可辅助松材线虫病疫木监测】



【2】行业痛点

近年来遥感技术不断发展，林业有害生物监测对高频性、全覆盖性以及准确性提出越来越高的要求。卫星遥感分辨率低，影像质量难以保证，无法实现单株变色立木的准确提取；无人机可见光遥感虽可获取高分辨率的精细化影像，但目视解译、算法识别的方式难以适应大面积、常态化的林业监测需求。 



【3】多光谱遥感优势

航空多光谱兼具无人机监测与光谱遥感的综合特点：

（1）信息更丰富：可更精准描述变色立木理化差异的外在表征信息；

（2）投入产出比更高：多光谱遥感物美价廉，应用场景更丰富，使用更广泛；

（3）特征差异更显著：复杂背景的抑制能力更强、变色立木识别更准确，适用于不同场景、批量作业；

（4）作业更灵活：卫星遥感时间、空间分辨率低，航空监测是重要的林业遥感监测手段；

（5）门槛低上手快：平民化的飞行平台、智能化的处理软件，内外业作业上手快。

二、项目介绍

安徽省黄山市是松材线虫病发生的较严重地区，本次项目位于黄山市某县林场，主要通过航空多光谱遥感技术进行松材变色立木的识别与提取。

【注：本项目由长光禹辰信息技术与装备（青岛）有限公司与北京依科曼生物技术股份有限公司共同完成。】

项目作业采用DJI M210多旋翼，搭载MS600 PRO多光谱相机进行数据采集，系统如下图所示。



硬件系统照片（M210 + MS600 Pro + X5S）



三、作业流程

本次监测旨在通过无人机多光谱遥感平台获取部分林业小班的多光谱数据，通过松材变色立木光谱特征构建植被指数，并通过光谱、纹理等信息组合，综合提取变色立木位置信息。作业流程如下图所示。




四、作业环境





五、飞行参数



六、架次及数据量

本项目共计飞行4个架次；总飞行时间约2小时；总数据量21.7G。

七、数据处理

本项目中无人机遥感平台获取的多光谱数据由长光禹辰自主研发的Yusense Map航空遥感软件进行预处理。

Yusense Map可实现基于影像POS信息和特征相结合的无人机遥感影像快速拼接算法，多通道光谱影像的亚像素级配准、多景影像的实时拼接及辐射定标，生成具有地表真实反射率的冠层正射影像，部分处理过程如下图所示。




八、示范成果

本次项目输出成果包括多光谱正射影像、专题地图、变色立木矢量点、变色立木属性表与监测成果报告。



为确保提取精度，本项目在提交成果后专门进行了实地踏勘查验，通过将提取的矢量点导入奥维地图进行导航，本次查验共抽样踏勘40处变色立木点位，其中39处均提取准确，整体精度达98%。

九、应用现状

截至2020年8月31日，长光禹辰已使用无人机载多光谱遥感系统完成了9个省市地区共计10万亩的林业有害生物的监测，其中松材变色立木达8万亩，积累了超万株变色立木的图谱样本。
随着2020年林业秋季普查的到来，长光禹辰旨在使用无人机载多光谱遥感技术，实现快速、准确、自动化的松材变色立木的监测，力求改善目前人工踏查上山难、监测效率低且不准确的行业痛点。

十、长光禹辰多光谱遥感技术优势

【1】自主研发MS600系列多光谱相机，为科研和行业应用而生；

【2】兼容包含深圳大疆、成都  纵横在内的各型多旋翼、固定翼无人机；

【3】“装备+数据+服务”，提供覆盖多光谱遥感的全流程解决方案；

【4】软硬件一体化、端云一体化，为第三方业务平台提供数据支撑。