高光谱近地遥感与无人机遥感技术应用于草原监测

地生态系统作为一种重要的生态系统，为草地碳循环、水循环及生物多样性提供基础保障。在过去一段时间内，受过度放牧滥垦滥伐行为影响，导致草地沙化、荒漠化、黑土滩化、生物入侵日益严重。尤其是生态脆弱的高海拔地区，草地破坏后自我修复能力极弱，严重影响当地生态环境，制约生态文明建设。

易科泰生态技术公司致力于“生态-农业-健康”国际先进仪器技术引进推广、技术研发集成、科研合作与技术服务，为草地生态环境修复、草地退化监测防治、生物多样性保护、生态环境实验研究与监测、光生物学研究、地球科学研究与观测等提供全面技术方案。

基于高通量、多维度、多时相的机载高光谱成像技术，可快速、高效地监测草地生态系统现状、监控草地碳水循环、识别入侵生物、了解生态退化动态过程及研究生物多样性，对分析预防草地生态退化、评估草原火灾风险、提高生态系统稳定性，防止土壤退化，研究濒危物种生境具有重要意义。

案例1、高光谱无人机遥感技术应用于草原生物多样性监测

内布拉斯加大学在美国内布拉斯加州伍德河的大面积草原恢复实验中研究了光谱多样性（以变异系数表示)与α多样性(以物种丰富度和Shannon指数表示）之间的关系。实验数据采用AISAKESTREL10机载高光谱成像技术对其进行测定获取，并采用两个飞行高度和两个飞行方向，比较了恢复草地的光谱多样性与物种丰富度和Shannon指数之间的关系，获得了较好的结果。研究表明，机载光谱多样性可以为草原α多样性提供一个很好的替代，为机载遥感在生物多样性评估方面的应用提供了有力的技术支撑。

图1-1. (a)内布拉斯加州中部伍德河以南中央普拉特河生态系统内研究区的真彩色组合；

(b)显示采样设计的单个地块的示意图。

图1-2. 机载光谱多样性与场采样α多样性(物种丰富度和Shannon指数)的关系：

a) 光谱多样性与物种丰富度的关系(1m); b) 光谱多样性与Shannon指数的关系（1m）;

c) 光谱多样性与物种丰富度的关系(0.5m); d) 光谱多样性与Shannon指数的关系（0.5m）

案例2、高光谱无人机遥感技术应用于草原火灾风险评估

草原火灾既会对生态造成严重的破坏，也对动植物生命安全及经济造成不可挽回的损失。准确对草地进行火灾预警对生态文明建设和社会稳定都有着重要的作用。意大利IASMA研究和创新中心利用Aisa机载高光谱成像仪，选择草原植被的三个参数预测草原火灾风险，并绘制了火灾风险预测图，有效论证了高光谱成像技术在草地火灾预警方面的可行性。

图2-1. 草地面积与实验地块   图2-2. 不同植被特征相关的火灾风险等级

案例3、高光谱近地遥感技术应用于草原生物多样性作图

由于人类活动频繁，草地生态系统受到了严重的影响，主要表现在草地结构和功能的变化上，因此，对植被变化的准确评估是了解当前和未来生态系统动态的关键。

德国卡尔斯鲁厄理工学院地理和地理生态学研究所论证了无人机高光谱数据未来应用于半自动野外调查的可能性，对草地物种进行了分类，并在多样性不同水平梯度（物种和结构多样性）下估算其覆盖范围，得到了较好的结果，且发现处于下位层的植物也可被较准确的估算出来。这为高光谱技术在草地物种多样性及结构多样性方面的监测提供了技术支持。

图3-1. 实验装置。A：Aisa传感器扫描样地的外观图；B：样地结构；C：多样性梯度假设；D：样地地理位置。

图3-1. 4个不同多样性梯度草地估测图。 RGB合成图、分类结果和Shannon指数

案例4、高光谱航空遥感技术应用于湿地草原濒危植物栖息地评估

Watarase湿地是日本本州岛现存最大的低地湿地(面积约3300公顷)，主要由已芦苇和芒草为主的潮湿高草草原组成。该区域底层伴生着650多种维管植物，其中包括50多种列入国家红色名录的濒危物种。

东京大学农业和生命科学研究所Jun Ishii等人，使用Aisa机载高光谱成像系统，采集分析了两组高光谱遥感参数“芦苇和芒草的枝密度”和“两种植物的总枝密度和枝密度比值”的有效性，用以绘制六种濒危植物的潜在生境。通过广义线性模型(GLMs)分析表明，与芦苇和芒草枝密度相关的参数对所有物种的丰度有显著影响。就所有濒危物种而言，adj. R2评估的精度值在两个参数集的模型之间是相同的。两种具有高发生率和丰度的物种——钝叶拉拉藤和瓶尔小草，获得了较高的精度(R2 > 0.7)。结果表明，利用潮湿高草草原的芦苇和芒草枝密度高光谱遥感参数模拟当地大量的濒危物种生境是有效的。

图4-1. 以芦苇和芒草为主的潮湿的高草草地外貌（a）、研究区的下层植物(b、c)

图4-2. 研究区高光谱RGB合成图（a）、钝叶拉拉藤及瓶尔小草丰度等级预测图（b、c）

易科泰生态技术公司致力于生态-农业-健康研究发展与创新应用，为农、林、草、生态环境、地质地球科学研究提供近地遥感与无人机遥感全面解决方案和技术服务。