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RedEdge多光谱遥感数据应用于城市森林病虫害监测

中国教育装备采购网 2021/2/3 11:50:27 围观0次 我要分享

  翡翠灰Emerald Ash Borer简称EAB是北美城市森林的主要威胁之一。采用多光谱技术可以及早发现感染症状控制扩散

RedEdge多光谱遥感数据应用于城市森林病虫害监测

鉴于美国联邦航空局(FAA飞行管控无人机在城市上空飞行需要精确规划路线

  城市公园、绿树成荫的街道、花园、绿道和自然保护区等都充当着城市之肺的重要角色,过滤空气和水、提供遮荫并帮助节约能源。

  超过80%的北美人居住在城市,城市森林是我们必须要保护的资源。与其他森林和农作物一样,它们也会受到入侵性病虫害的威胁。在北美,主要威胁之一是翡翠灰螟,这是一种绿色甲虫,来源于亚洲,主要侵害灰树。其幼虫在树木的韧皮部、形成层和木质部浅层蛀食为害,隐蔽性强,在感染早期看不出症状和虫体,因此防治极为困难。

  2002年翡翠灰螟首次在美国密歇根州出现,此后传播到美国35个州,摧毁了北美90%~95%的白蜡树,约占市区树木的25%。

  防止虫害扩散最有效的方法是在症状出现之前就进行检测。无人机载多光谱相机能够做到这一点。但是,在城市环境中使用无人机存在特殊要求。根据美国联邦航空局(FAA)的规定,无人机必须经过允许才能在私人财产上空飞行。

  Spectrabotics和  Arbor Drone两家公司还是决定联合起来,克服困难,保护城市森林资源。考虑到多光谱传感器的可靠性和高光谱分辨率,他们采用了MicaSense公司的RedEdge多光谱相机。

  他们要找到一种方法,在遵守联邦航空管理局规定的前提下,飞越丹佛城市上空,覆盖所有灰树种植区域。值得庆幸的是,丹佛的大部分地区是网状布局,Spectrabotics公司能够通过路旁的行进路线来规划其飞行路线。这样,在不违反FAA规定的情况下捕获到树木的图像。

  分析捕获的图像时,团队很难找到合适的工具。常用的植被指数NDVI在高叶面积指数(LAI)时饱和。LAI通常是每个像素中包含的叶表面积的度量(图像中每个像素约8cm2)。这隐藏了识别EAB对灰树影响的细微特征数据。因此,团队回到实验室开发新的算法,该算法选择正确的波段以识别与EAB侵害相关的特征。

RedEdge多光谱遥感数据应用于城市森林病虫害监测

Spectralink显示Emerald Ash Borer(EAB)分析数据(科罗拉多州丹佛附近的社区收集的数据

RedEdge多光谱遥感数据应用于城市森林病虫害监测

RedEdge多光谱遥感数据应用于城市森林病虫害监测

(上图)图像显示灰树早期感染EAB的各个阶段。感染EAB的典型特征冠层上部叶片泛黄和变薄-泛黄表明叶片中叶绿素浓度低。图像中,橙色EAB感染的区域。健康树木颜色更均匀和一致,尤其在红外光谱波段

(下图)三棵树的RGB图像显示树健康状况变化很小。需要使用其他光谱波段(本例中为RedEdge的五个光谱带)来了解虫害感染程度。

RedEdge多光谱遥感数据应用于城市森林病虫害监测

EAB分析结合了用于植物健康和叶绿素含量分析的多个光谱带。通过EAB分析可以快速评估和量化复杂城市地形中EAB感染的程度。

RedEdge多光谱遥感数据应用于城市森林病虫害监测

规划无人机飞行路线以避免飞越私人财产区域

  MicaSenseRedEdge捕获的多光谱图像以及随后的分析可以尽早检测到EAB,这是应对EAB威胁的重大进步。该团队能够识别出被侵害的树木,然后森林管理员进行地面评估,确定是否需要施用药物治疗,或者是否有必要砍掉部分树枝。

RedEdge多光谱遥感数据应用于城市森林病虫害监测

Dan Staley是Arbor Drone的负责人,Arbor Drone是一家绿色基础设施遥感公司,专门研究木本植物。Dan Staley是一名有执照的远程飞行员,曾在加利福尼亚大学戴维斯分校学习环境园艺和城市林业。Arbor Drone和Spectrabotics联手开发并继续扩展EAB分析功能

点击进入北京瑞顶环境科技有限公司展台查看更多 来源:中国教育装备采购网 作者:瑞顶环境 责任编辑:王道 我要投稿
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