无人机遥感技术在草原生态监测中的应用

无人机遥感技术在草原生态监测中的应用

扈利钊

大连华信理化检测中心有限公司 辽宁省大连市116620

摘要：无人机遥感技术作为继传统航空、航天遥感之后的第三代遥感技术，已广泛运用于各种领域，如资源调查、地图测绘、森林病虫害防护与监测、自然灾害监测与评估等。研究发现，近年来无人机遥感技术发展迅速，已在草地植被盖度估算、生物量估算、草地类型划分和草地灾害监测等方面成功应用。为进一步全面、准确掌握永昌县祁连山区域草原植被生长状况，健全和完善祁连山国家级自然保护区生态保护制度，全面贯彻落实自然保护区生态保护政策，利用无人机遥感技术对永昌县区域内草原类型、植被盖度、生产能力、有害生物分布等情况进行监测。

关键词：无人机遥感技术；草原生态监测；应用；

引言

无人机是一种以无线电和程序远程遥控技术为基础的无人驾驶的飞机系统，在运输和侦察方面起到了很大的作用。根据用途的差异，无人机可划分为两大类，军用和民用。无人机系统是一款以无人机（UAV）为载体的飞行器，可以携带多种传感器，可在4公里左右的高空进行飞行，通过无人机能够获取遥感图像、相关数据和视频信息。因此，无人机的系统分为两大部分，航空遥感与摄影测量。利用遥感系统，可以将无人机技术与遥感技术完美结合，发挥GPS系统的优点，可以在空中对相应目标进行拍摄，可在后续进行数据处理。无人机在军事领域可用于敌情侦查、目标跟踪，在民用方面可以进行气象观测、资源调查、农业林业监测等，在各个行业都得到广泛应用。

1无人机遥感技术概述

所谓的无人机遥感技术，是现代比较新型的技术手段之一，即可以通过无人机设备，直接遥控无人机的行驶，同时通过GPS、GIS等信息技术手段，对特定地方实施扫描，以便于获取相关数据。而相对于常规的地面测量方法而言，无人机遥感技术的使用具有许多优点，首先，因为其构造简单，且尺寸相对小，而且操纵方式简单，环境对其产生的干扰也不会很大，因此能够在各种环境下获取相对精确的数据。其次，在使用这种方法时，无须技术人员直接到事故现场进行勘测，只需在远处对无人机设备实施操作，即可获取相应数据，从而提高了地面测量的稳定性。再者，不论是在无人机的设计制造上，或是作业技术人员的培训上，都无须投入过高[1]。最后，通过无人机航拍，能够利用位置的变化，调整测量区域，位置越高，测量区域越大，但精度较差；位置越低，测量区域也较小，但精度较高，并利用二者的结合，使环境监测数据直接显示出来，便于专业工作人员对情况的及时掌握。也正是因为它同时具备了上述优点，被广泛的运用于工程建设、地质勘查等各项作业当中。

2无人机遥感测绘技术的优势

2.1操作简便

无人机遥感测绘技术通过无人机与摄像头的结合，能够精准探测并采集数据，而且不需要考虑测绘场地，在任何区域内都可实现探测，完全解决了过去测绘区域小、测绘场地条件差等问题，大大减轻了测绘人员的工作量，能够将采集到的数据信息转化成可视化信息，而且不需要测绘人员掌握专业的摄影知识就可以快速的获取影像，提高测绘工作效率的同时，还能有效减少成本投入，为测绘工作提供了极大便利。

2.2安全性和可靠性

随着时代的发展，无人机的遥感技术也成为业界研究的热点。在实际应用中，利用遥感技术对无人机进行控制，将多种技术，如影像、计算机等结合起来，可以避免传统的手工测量带来的不便，从而降低工作的繁重，同时也显示出了整个测量过程的稳定性。

2.3时效性强、满足大比例尺成图要求

无人机遥感测绘基本不会受到气候条件或者场地的影响，准备工作比较简单，能够快速获取遥感影像，并可自动分析处理采集到的数据信息，具有较强的时效性。另外无人机遥感测绘可满足大比例尺成图精度要求，完全打破了过去测绘的局限性，高效完成人力所难以完成的工作。

3无人机遥感监测草原生态研究进展

3.1草原草层高度监测

草原草层高度是草地退化、沙化的重要指标，也是估测草原蓄积量、地上生物量与碳储量的主要因子。传统的草层高度监测，地面需布设大量样方进行测量(或刈割)，对草地有一定破坏性，工作量大、耗时费力，无法获得较大范围草层高度。多光谱卫星遥感反演草层高度模型精度低，星载激光雷达因大光斑离散雷达数据，无法在区域尺度上连续估算草层高度。草层高度精细化监测是草原遥感的难点。摄影测量技术应用到无人机遥感，使低空无人机遥感反演草层高度具有优势。SFM基于特征匹配从重叠图像中自动化提取目标地物数字三维模型，如采用无人机影像获取了数字表面模型与数字高程模型后计算草层高度，结果显示拟合优度。随着低空无人机装备轻小型激光雷达、高光谱传感器，促进了无人机获取高分辨率草层高度。

3.2病虫害监测

目前，森林害虫的防治工作已成为当前林业工作的热点和难题，特别是在当前我国森林资源环境建设尚不健全，防治工作面临着越来越大的挑战。在此基础上，利用无人机遥感技术进行害虫防治，可以实现对靶区范围内特定类型病虫害的监测，通过系统分析进行预警，进而准确判断病虫害发生的类型和程度，采取最合理、最经济的方法来防治害虫。另外，在害虫的控制上，还可以利用无人机和喷雾设备进行配合，以解决目前技术和人工难以处理的病害，提高森林生态体系建设的质量。目前，无人机遥感技术已经取得了重大的进展，例如，利用多光谱图像技术、激光雷达和三维航空摄影技术，可以有效地解决森林害虫的各种问题。

3.3草原产草量估测

草地产草量是牲畜可食用的草产量，直接影响着草原的载蓄量，是草原生产利用的重要指标。及时、准确地掌握草原产草量，是草原资源监测评价的重要内容。通常，草原产草量估测包括地面样地监测与卫星遥感估算，利用草原植被光谱数据、草原产草量、卫星影像与气象数据，构建草原产草量与植被光谱指数间的统计模型、遥感模型与气象模型。然而，因气象数据插值导致的尺度、精度问题，以及卫星影像分辨率的限制，以上模型估算的产草量精度有待提高。在中、小尺度，低空无人机遥感获取草原植被生物物理参数估算产草量，克服了人工调查效率低，弥补了卫星遥感的分辨率、云层等外界条件限制。

3.4火灾监测

森林火灾是当前我国林区较为常见的一种自然灾害，其特点是随机性大，难以管理，后果严重。利用无人机的遥感技术，可以在火灾早期就对火源进行实时监测，并对火灾情况进行智能辨识，准确地检测出起火的部位和区域，从而为火源防治工作提供更为精确的数据。另外，通过对火情的监测，可以根据遥感技术采集现场的火情信息，从而为评估火灾造成的社会和经济效益损失提供支撑。

结束语

无人机遥感技术优势较多，精确性高，建议将无人机遥感巡测常态化，每年选择具有代表性的草原区域，每隔一定时间在一定区域内进行无人机遥感巡测，保证数据的连贯性及对比性；扩大巡测区域，使获取的数据更全面、更准确，为草原治理工作提供科学有效的数据支持。

参考文献

[1]黄吉平.无人机遥感技术在草原生态监测中的应用[J].甘肃畜牧兽医,2023,53(02):146-148.

[2]李刚勇,陈春波,李均力,彭建.低空无人机遥感在草原监测评价中的应用进展[J/OL].生态学报,2023(16):1-13[2023-04-07].

[3]刘琳,郑兴明,姜涛,李雷,丁艳玲.无人机遥感植被覆盖度提取方法研究综述[J].东北师大学报(自然科学版),2021,53(04):151-160.

[4]王娟,陈永富,陈巧,李华玉,张超.基于无人机遥感的森林参数信息提取研究进展[J].林业资源管理,2020(05):144-151.

[5]潘冬荣,韩天虎,孙斌,姜佳昌,李霞,柳小妮.无人机遥感技术在草原生态学研究中的应用[J].中国草食动物科学,2019,39(05):57-59.