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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 (m)
2 3 4 5 6
空间分辨率
Spatial resolution (mm)
0.45 0.65 0.90 1.10 1.35
影像
Image
物种识别率
Species recognition rates (%)
67.16 59.70 55.22 49.25 43.28
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表4 不同空间分辨率无人机影像的物种识别率
正文中引用本图/表的段落
无人机搭载AQ600相机在不同高度垂直拍摄的样方RGB照片分辨率和物种识别率见表4。在空间分辨率为0.45 mm时物种识别率可达67.16%; 空间分辨率为0.90 mm时物种识别率为55.22%。由于研究区属草甸草原区, 物种组成极为丰富、群落结构复杂, 通过影像只能识别出植株个体明显且易于通过外表典型形态特征在视觉上进行分辨的物种, 例如麻花头(Klasea centauroides)、红柴胡(Bupleurum scorzonerifolium)、长柱沙参(Adenophora stenanthina)、阿尔泰狗娃花(Aster altaicus)等, 而像寸草、柄状薹草(Carex pediformis)、黄囊薹草、细叶韭(Allium tenuissimum)、砂韭(A. bidentatum)等个体较小、叶片细长、种间形态差异不显著的物种难以进行区分和识别, 影像中物种识别率整体不高。虽然在4 m高度获取的影像物种识别率仅为55.22%, 但仍可分辨出一些重要物种, 如建群种羊草、退化指示种冷蒿(Artemisia frigida)和星毛委陵菜(Potentilla acaulis)等。
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