高(gao)光(guang)譜(pu)近(jin)地遙(yao)感(gan)與(yu)無(wu)人機遙(yao)感(gan)技(ji)術應(ying)用(yong)於(yu)草(cao)原監(jian)測(ce)

地生態(tai)系統(tong)作(zuo)為(wei)壹(yi)種(zhong)重(zhong)要(yao)的(de)生態(tai)系統(tong)，為(wei)草(cao)地碳(tan)循環、水(shui)循環及(ji)生物(wu)多樣(yang)性提(ti)供(gong)基礎(chu)保障。在過去壹(yi)段(duan)時間內(nei)，受過度放牧(mu)濫墾濫伐行為(wei)影(ying)響，導(dao)致(zhi)草(cao)地沙(sha)化(hua)、荒(huang)漠(mo)化(hua)、黑(hei)土灘(tan)化(hua)、生物(wu)入侵日(ri)益嚴重(zhong)。尤(you)其(qi)是生態(tai)脆(cui)弱(ruo)的(de)高(gao)海(hai)拔(ba)地區(qu)，草(cao)地破壞(huai)後自我修復(fu)能力極弱(ruo)，嚴重(zhong)影響(xiang)當(dang)地生態(tai)環境(jing)，制(zhi)約生態(tai)文明(ming)建設。

易科泰生態(tai)技(ji)術公(gong)司致(zhi)力(li)於(yu)“生態(tai)-農業(ye)-健(jian)康(kang)”上(shang)先進儀(yi)器(qi)技(ji)術引(yin)進(jin)推廣(guang)、技(ji)術研(yan)發集成、科研(yan)合作與(yu)技(ji)術服(fu)務(wu)，為(wei)草(cao)地生態(tai)環境(jing)修復(fu)、草(cao)地退化(hua)監(jian)測(ce)防治、生物(wu)多樣(yang)性保護、生態(tai)環境(jing)實(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)與(yu)監測(ce)、光(guang)生物(wu)學(xue)研究(jiu)、地球(qiu)科(ke)學(xue)研究(jiu)與(yu)觀測(ce)等(deng)提(ti)供(gong)全(quan)面技(ji)術方(fang)案(an)。

基於(yu)高(gao)通(tong)量、多維(wei)度、多(duo)時相的(de)機載高(gao)光(guang)譜(pu)成(cheng)像技(ji)術，可快(kuai)速(su)、高(gao)效(xiao)地監(jian)測(ce)草(cao)地生態(tai)系統(tong)現(xian)狀(zhuang)、監(jian)控(kong)草(cao)地碳(tan)水(shui)循環、識(shi)別(bie)入(ru)侵生物(wu)、了(le)解生態(tai)退化(hua)動態過程(cheng)及(ji)研(yan)究(jiu)生物(wu)多樣(yang)性，對分析(xi)預(yu)防草(cao)地生態(tai)退化(hua)、評估草(cao)原火(huo)災(zai)風(feng)險(xian)、提(ti)高(gao)生態(tai)系統(tong)穩(wen)定性，防止(zhi)土(tu)壤退化(hua)，研(yan)究(jiu)瀕危物(wu)種(zhong)生境(jing)具有(you)重(zhong)要(yao)意(yi)義(yi)。

案(an)例(li)1、高(gao)光(guang)譜(pu)無(wu)人機遙(yao)感(gan)技(ji)術應(ying)用(yong)於(yu)草(cao)原生物(wu)多樣(yang)性監測(ce)

內(nei)布拉斯(si)加大(da)學(xue)在美(mei)國(guo)內(nei)布拉斯(si)加州(zhou)伍(wu)德河的(de)大(da)面積草(cao)原恢(hui)復(fu)實(shi)驗(yan)中研究(jiu)了(le)光譜(pu)多樣(yang)性（以變(bian)異(yi)系數(shu)表(biao)示(shi))與(yu)α多樣(yang)性(以物種(zhong)豐富(fu)度(du)和(he)Shannon指(zhi)數表示(shi)）之間的(de)關(guan)系。實(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)采(cai)用AISAKESTREL10機載高(gao)光(guang)譜(pu)成(cheng)像技(ji)術對(dui)其(qi)進行測(ce)定獲(huo)取(qu)，並(bing)采(cai)用兩(liang)個飛(fei)行高(gao)度(du)和(he)兩(liang)個飛(fei)行方(fang)向(xiang)，比較了(le)恢(hui)復(fu)草(cao)地的(de)光(guang)譜(pu)多(duo)樣(yang)性與(yu)物種(zhong)豐(feng)富(fu)度和(he)Shannon指(zhi)數之間的(de)關(guan)系，獲(huo)得(de)了(le)較好(hao)的(de)結(jie)果。研究(jiu)表明，機載光譜(pu)多(duo)樣性可以(yi)為(wei)草(cao)原α多(duo)樣(yang)性提(ti)供(gong)壹(yi)個很(hen)好(hao)的(de)替(ti)代(dai)，為(wei)機載遙(yao)感(gan)在生物(wu)多樣(yang)性評估方面的(de)應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)了(le)有(you)力(li)的(de)技(ji)術支(zhi)撐。

圖1-1. (a)內(nei)布拉斯(si)加州(zhou)中部伍(wu)德河以南(nan)中央(yang)普拉特(te)河生態(tai)系統(tong)內(nei)研究(jiu)區(qu)的(de)真彩色(se)組(zu)合；

(b)顯示(shi)采(cai)樣設(she)計的(de)單個地塊(kuai)的(de)示(shi)意(yi)圖。

圖1-2. 機載光譜(pu)多(duo)樣性與(yu)場(chang)采(cai)樣α多(duo)樣性(物種豐(feng)富度(du)和(he)Shannon指(zhi)數)的(de)關(guan)系：

a) 光譜(pu)多(duo)樣性與(yu)物種(zhong)豐(feng)富(fu)度的(de)關(guan)系(1m); b) 光(guang)譜(pu)多(duo)樣(yang)性與(yu)Shannon指(zhi)數的(de)關(guan)系（1m）;

c) 光譜(pu)多(duo)樣性與(yu)物種(zhong)豐(feng)富(fu)度的(de)關(guan)系(0.5m); d) 光(guang)譜(pu)多(duo)樣(yang)性與(yu)Shannon指(zhi)數的(de)關(guan)系（0.5m）

案(an)例(li)2、高(gao)光(guang)譜(pu)無(wu)人機遙(yao)感(gan)技(ji)術應(ying)用(yong)於(yu)草(cao)原火(huo)災(zai)風(feng)險(xian)評估

草(cao)原火(huo)災(zai)既會(hui)對(dui)生態(tai)造成嚴(yan)重的(de)破壞(huai)，也對動植物(wu)生命(ming)安(an)全(quan)及(ji)經濟造成不可挽回的(de)損失。準確對(dui)草(cao)地進(jin)行火(huo)災(zai)預(yu)警(jing)對生態(tai)文明(ming)建設和(he)社(she)會穩(wen)定都有(you)著(zhe)重(zhong)要的(de)作(zuo)用(yong)。意(yi)大利(li)IASMA研(yan)究(jiu)和(he)創(chuang)新中心利(li)用(yong)Aisa機載高(gao)光(guang)譜(pu)成(cheng)像儀(yi)，選(xuan)擇(ze)草(cao)原植(zhi)被(bei)的(de)三(san)個參(can)數預(yu)測(ce)草(cao)原火(huo)災(zai)風(feng)險(xian)，並(bing)繪(hui)制(zhi)了(le)火災(zai)風(feng)險(xian)預(yu)測(ce)圖(tu)，有(you)效(xiao)論(lun)證(zheng)了(le)高(gao)光(guang)譜(pu)成(cheng)像技(ji)術在(zai)草(cao)地火(huo)災(zai)預(yu)警(jing)方面的(de)可行性。

圖2-1. 草(cao)地面積與(yu)實驗(yan)地塊(kuai)   圖(tu)2-2. 不同(tong)植(zhi)被(bei)特(te)征(zheng)相關(guan)的(de)火(huo)災(zai)風(feng)險(xian)等(deng)級

案(an)例(li)3、高(gao)光(guang)譜(pu)近(jin)地遙(yao)感(gan)技(ji)術應(ying)用(yong)於(yu)草(cao)原生物(wu)多樣(yang)性作圖

由於(yu)人類(lei)活(huo)動頻繁，草(cao)地生態(tai)系統(tong)受(shou)到(dao)了(le)嚴重(zhong)的(de)影(ying)響(xiang)，主要(yao)表(biao)現(xian)在草(cao)地結(jie)構(gou)和(he)功(gong)能的(de)變(bian)化(hua)上(shang)，因(yin)此(ci)，對植被變(bian)化(hua)的(de)準(zhun)確(que)評估是了(le)解當(dang)前(qian)和(he)未(wei)來(lai)生態(tai)系統(tong)動態的(de)關(guan)鍵(jian)。

德國(guo)卡(ka)爾(er)斯魯(lu)厄理工學(xue)院(yuan)地理和(he)地理生態(tai)學(xue)研究(jiu)所(suo)論(lun)證(zheng)了(le)無(wu)人機高(gao)光(guang)譜(pu)數(shu)據(ju)未(wei)來(lai)應用(yong)於(yu)半(ban)自動野(ye)外(wai)調(tiao)查(zha)的(de)可能性，對草(cao)地物(wu)種(zhong)進行了(le)分類(lei)，並(bing)在多(duo)樣性不同(tong)水(shui)平(ping)梯度(du)（物種(zhong)和(he)結(jie)構(gou)多(duo)樣性）下估算其覆蓋範圍(wei)，得(de)到(dao)了(le)較好(hao)的(de)結(jie)果，且發現處(chu)於(yu)下位(wei)層(ceng)的(de)植(zhi)物(wu)也(ye)可被(bei)較準(zhun)確的(de)估(gu)算出來。這為(wei)高(gao)光(guang)譜(pu)技(ji)術在(zai)草(cao)地物(wu)種(zhong)多樣(yang)性及(ji)結(jie)構(gou)多(duo)樣性方面的(de)監(jian)測(ce)提(ti)供(gong)了(le)技(ji)術支(zhi)持。

圖3-1. 實(shi)驗(yan)裝置(zhi)。A：Aisa傳(chuan)感(gan)器掃(sao)描樣(yang)地的(de)外(wai)觀(guan)圖；B：樣地結(jie)構(gou)；C：多(duo)樣性梯度假(jia)設；D：樣(yang)地地理位(wei)置(zhi)。

圖3-1. 4個不同(tong)多(duo)樣(yang)性梯度草(cao)地估(gu)測(ce)圖(tu)。 RGB合成圖(tu)、分(fen)類(lei)結(jie)果和(he)Shannon指(zhi)數

案(an)例(li)4、高(gao)光(guang)譜(pu)航(hang)空遙(yao)感(gan)技(ji)術應(ying)用(yong)於(yu)濕地草(cao)原瀕危植(zhi)物(wu)棲息地評估

Watarase濕地是(shi)日(ri)本本州(zhou)島(dao)現存大的(de)低(di)地濕地(面積約3300公(gong)頃(qing))，主要(yao)由已蘆(lu)葦和(he)芒草(cao)為主的(de)潮(chao)濕高(gao)草(cao)草(cao)原組(zu)成(cheng)。該(gai)區(qu)域底層(ceng)伴生著(zhe)650多種(zhong)維(wei)管植物(wu)，其中包括(kuo)50多(duo)種(zhong)列(lie)入(ru)國(guo)家紅色(se)名(ming)錄(lu)的(de)瀕危物(wu)種(zhong)。

東京大(da)學(xue)農業(ye)和(he)生命(ming)科學(xue)研究(jiu)所(suo)Jun Ishii等(deng)人，使(shi)用Aisa機載高(gao)光(guang)譜(pu)成(cheng)像系統(tong)，采(cai)集分(fen)析(xi)了(le)兩組(zu)高(gao)光(guang)譜(pu)遙(yao)感(gan)參(can)數“蘆(lu)葦和(he)芒草(cao)的(de)枝密(mi)度”和(he)“兩(liang)種植物的(de)總(zong)枝密(mi)度和(he)枝密(mi)度比(bi)值”的(de)有(you)效(xiao)性，用以繪(hui)制(zhi)六種(zhong)瀕危植(zhi)物(wu)的(de)潛(qian)在(zai)生境(jing)。通(tong)過廣(guang)義(yi)線(xian)性模型(GLMs)分(fen)析(xi)表明，與(yu)蘆(lu)葦和(he)芒草(cao)枝密(mi)度相關(guan)的(de)參(can)數對所(suo)有(you)物(wu)種(zhong)的(de)豐(feng)度(du)有(you)顯(xian)著(zhu)影響(xiang)。就所(suo)有(you)瀕危物(wu)種(zhong)而(er)言(yan)，adj. R2評估的(de)精(jing)度(du)值在兩(liang)個參(can)數集的(de)模(mo)型(xing)之間是相同(tong)的(de)。兩(liang)種(zhong)具(ju)有(you)高(gao)發生率(lv)和(he)豐(feng)度的(de)物(wu)種(zhong)——鈍(dun)葉(ye)拉拉藤(teng)和(he)瓶(ping)爾(er)小草(cao)，獲(huo)得(de)了(le)較高(gao)的(de)精(jing)度(du)(R2 > 0.7)。結(jie)果表明(ming)，利(li)用(yong)潮濕高(gao)草(cao)草(cao)原的(de)蘆(lu)葦和(he)芒草(cao)枝密(mi)度高(gao)光(guang)譜(pu)遙(yao)感(gan)參(can)數模擬(ni)當(dang)地大(da)量的(de)瀕危物(wu)種(zhong)生境(jing)是有(you)效(xiao)的(de)。

圖4-1. 以(yi)蘆(lu)葦和(he)芒草(cao)為主的(de)潮(chao)濕的(de)高(gao)草(cao)草(cao)地外(wai)貌(mao)（a）、研究(jiu)區(qu)的(de)下(xia)層(ceng)植物(b、c)

圖4-2. 研(yan)究(jiu)區(qu)高(gao)光(guang)譜(pu)RGB合成圖(tu)（a）、鈍(dun)葉拉拉藤(teng)及(ji)瓶(ping)爾(er)小草(cao)豐度(du)等(deng)級預(yu)測(ce)圖(tu)（b、c）

易科泰生態(tai)技(ji)術公(gong)司致(zhi)力(li)於(yu)生態(tai)-農業(ye)-健(jian)康(kang)研(yan)究(jiu)發展與(yu)創(chuang)新應用，為農(nong)、林(lin)、草(cao)、生態(tai)環境(jing)、地質地球(qiu)科(ke)學(xue)研究(jiu)提(ti)供(gong)近(jin)地遙(yao)感(gan)與(yu)無(wu)人機遙(yao)感(gan)全(quan)面解決方案(an)和(he)技(ji)術服(fu)務(wu)。