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草地植物多样性无人机调查的应用潜力
万凤鸣, 万华伟, 张志如, 高吉喜, 孙晨曦, 王永财
生物多样性    2024, 32 (3): 23381-.   DOI: 10.17520/biods.2023381
摘要   (613 HTML18 PDF(pc) (4630KB)(997)  

草地生物多样性对于维持其生态系统服务功能至关重要, 无人机遥感凭借机动灵活、高分辨率、高效率和低成本的优势, 近年来在草地物种调查与研究中受到关注。然而, 目前关于草地植物多样性无人机调查的研究仍然不够深入。本研究通过无人机航拍和人工地面调查对呼伦贝尔草甸草原区的植物多样性进行调查, 通过比较不同样方布设方式、不同拍摄方式下观测到的物种数量和调查所用时间, 探讨扩大调查面积对调查结果的影响以及利用无人机开展草地植物多样性调查的最佳拍摄参数和时间效率, 分析草地植物多样性无人机调查的应用潜力。结果表明: (1)开展草地植物多样性调查时, 物种数量随调查面积在一定范围内的增加而增多, 与人工调查有限个样方相比, 利用无人机进行大面积调查能够观测到更多的物种。(2)在半干旱地区草甸草原植物多样性调查中, 用于物种识别的无人机RGB影像空间分辨率应优于0.45 mm, 分辨率为0.45 mm时能识别67.16%的物种; 在观测角度方面, 采用两种方式进行拍摄为佳, 可在90°垂直拍摄基础上增加45°或60°倾斜拍摄。(3)采用无人机调查可大幅缩短物种调查所用时间, 但应配合高精度的物种智能识别模型以提高调查效率。本研究通过对比无人机与传统的人工地面调查观测到的物种数量, 进一步验证了无人机遥感用于草地植物多样性调查的可行性, 首次探讨了利用无人机获取可见光影像用于草地物种调查时的关键参数, 研究结果可推动无人机在草地监测、调查和保护工作中的应用。


飞行高度
Flight height
拍摄角度 Angle of photography
30° 45° 60° 75° 90°
1 m
2 m
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表3 不同飞行高度与角度下航拍图像对比
正文中引用本图/表的段落
通过目视判读分析不同拍摄角度采集的照片(表3), 发现45°、60°和90°这3种角度对于分辨不同物种来说效果最好。45°和60°倾斜拍摄便于掌握不同物种的立体形态, 同一飞行高度下两种角度影像识别物种效果相近。90°垂直拍摄可在一定程度上避免不同物种间的遮挡, 有利于识别垂直结构较简单的群落中底层的矮小植物。30°倾斜拍摄的单幅照片视野更远, 便于掌握和判断群落整体情况。75°倾斜拍摄的照片分辨不同物种的效果最差。综上, 倾斜拍摄和垂直拍摄直接影响影像的覆盖范围、透视效果和影像中物种的特征细节, 进而影响通过影像进行物种识别的难度和准确度。在草地植物多样性无人机调查中, 同时参考倾斜拍摄和垂直拍摄两种方式获取的影像进行物种识别效果最佳。为保证调查精度, 可以将不同拍摄角度影像中识别出的不同物种数量进行加和得到观测物种数量。
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