Ecodrone®無人機(jī)遙感系統(tǒng)應(yīng)用于城市森林結(jié)構(gòu)測量和生態(tài)功能評估

Ecodrone^®高光譜-LiDAR一體式無人機(jī)遙感系統(tǒng)應(yīng)用于城市森林結(jié)構(gòu)測量和生態(tài)功能評估

城市森林結(jié)構(gòu)的測量是評估城市森林生態(tài)功能的前提，如城市熱島緩解、去除空氣污染、碳儲存、建筑能耗改造和減少雨水徑流等。對城市森林結(jié)構(gòu)和功能的有效評估，可以更好的約束其碳匯作用，并加深城市化對生態(tài)系統(tǒng)影響的理解。傳統(tǒng)上使用的樣地抽樣方式存在耗時、耗力、環(huán)境限制及抽樣誤差等缺點，且結(jié)果無法表征整個城市的森林空間分布。而無人機(jī)遙感系統(tǒng)憑借覆蓋范圍廣、采集速度快、重訪周期短、省時省力等特點，為城市森林物種分布、葉面積指數(shù)（LAI）計算和碳儲存預(yù)估等工作提供了新的解決方案。

Ecodrone®一體式高光譜-LiDAR無人機(jī)遙感系統(tǒng)，結(jié)合了自主研發(fā)的Ecodrone系列無人機(jī)和國際高光譜成像技術(shù)、機(jī)載LiDAR技術(shù)，一次飛行可同時獲取高光譜、激光雷達(dá)及高清RGB數(shù)據(jù)，可助力森林結(jié)構(gòu)調(diào)查、樹木表征、生物固碳及碳儲存研究等領(lǐng)域。

系統(tǒng)特點

（1）8旋翼專業(yè)無人機(jī)遙感平臺，同時搭載400-1000nm/900-1700nm高光譜成像、機(jī)載PC及LiDAR-RGB系統(tǒng)，可飛行作業(yè)20分鐘以上，有效覆蓋面積超10ha

（2）系統(tǒng)配備市場先進(jìn)的GNSS/IMU系統(tǒng)，后處理定位精度可達(dá)0.02m，速度精度0.015m/s，橫滾&俯仰精度0.025°，機(jī)頭朝向精度0.08°，保障最終數(shù)據(jù)精度

（3）高光譜成像單元：

a) 推掃式高光譜成像技術(shù)，航帶飛行作業(yè)一次成像，無需拼接

b) 超高地面分辨率：1024像素，50m高度地面分辨率達(dá)3.5cm，30m高度（用于高分辨率林木表型分析）地面分辨率可達(dá)2cm

c) 高速數(shù)據(jù)采集：全波段采集幀率高達(dá)330FPS，MROI模式下，最高幀率可達(dá)9900FPS，有效適配更大范圍的飛行速度，適應(yīng)多種機(jī)型及飛行場景，尤其在有風(fēng)的情況下，也能夠得到銳利清晰的作物或樹木高光譜影像

d) 超高信噪比：VNIR波段高達(dá)400:1，NIR波段高達(dá)1200:1，具有更優(yōu)異的光線收集能力，結(jié)合AIE圖像增強(qiáng)算法，獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)

e) MROI功能：可根據(jù)需求自由選擇感興趣光譜波段，最大稱度減少數(shù)據(jù)冗余，提高光譜成像大數(shù)據(jù)處理分析效率，節(jié)省存儲空間

f) 數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件：單航帶處理和批處理模式，具備輻射校正、地理校正、視軸檢較、GNSS漂移改正，支持Oxford、Applanix、Novatal、AeroControl、NMEA、SpatialDual等多種POS系統(tǒng)，可按航帶、批量快速輸出經(jīng)校正后的高光譜影像數(shù)據(jù)用于后處理分析

（4）LiDAR-RGB單元：

a) 系統(tǒng)自帶高清RGB鏡頭，2000萬像素，50m高度地面分辨率高達(dá)1.3cm

b) 高密度三維點云，50m飛行高度點云密度700pts/m2

c) 精度高達(dá)2.5cm，3次回波，典型飛行高度100m

d) 系統(tǒng)自動智能電池，續(xù)航時間60分鐘，無需無人機(jī)供電，有效節(jié)省無人機(jī)功耗，提高作業(yè)效率

（5）專業(yè)無人機(jī)遙感技術(shù)方案，同步獲取高光譜與激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，應(yīng)用軟件可直接得出近百種植被光譜反射指數(shù)、高密度真彩色點云、三維測量數(shù)據(jù)、分類點云、DSM、DTM、DHM等

應(yīng)用案例

為了對城市森林資源的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行更有效的評估和全面呈現(xiàn)其空間分布特征，NASA與加州大學(xué)、USDA林業(yè)局的研究學(xué)者使用高光譜圖像和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)對加利福尼亞州圣巴巴拉市45%的區(qū)域進(jìn)行了研究，并繪制了研究區(qū)域內(nèi)的城市森林物種、葉面積指數(shù)（LAI）和碳儲存專題圖。

結(jié)果表明，將不同樹種的光譜差異及激光雷達(dá)數(shù)據(jù)衍生的結(jié)構(gòu)指標(biāo)（例如，樹高、寬高比、樹冠孔隙度）等融合后，可以有效地評估冠層尺度上城市森林的物種分布、葉面積指數(shù)（LAI）和碳儲存。高光譜圖像與激光雷達(dá)數(shù)據(jù)融合的空中遙感方法消除了抽樣誤差，以精細(xì)的空間分辨率展現(xiàn)可視化的物種分布和LAI、碳儲存專題圖，將有助于管理人員進(jìn)行蟲害監(jiān)測、入侵物種研究、及最大限度地利用城市森林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

易科泰生態(tài)技術(shù)公司致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究發(fā)展與創(chuàng)新應(yīng)用，為森林遙感研究、林木表型分析、植被資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境研究、林業(yè)測繪等領(lǐng)域提供無人機(jī)及近地遙感全面技術(shù)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] Alonzo M ,  Mcfadden J P ,  Nowak D J , et al. Mapping urban forest structure and function using hyperspectral imagery and lidar data[J]. Urban Forestry & Urban Greening, 2016, 17:135-147.