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Ecodrone®無人機遙感技術在生態調查研究與生態監測領域的應用
發布時間： 2024-10-15 點擊次數： 2598次無人機遙感技術能夠自動化、智能化、專用化地快速獲取空間遙感信息，在生態調查中扮演著越來越重要的角色，廣泛應用于高時空分辨率生態環境調查、植物物候調查、動物行為和種群數量檢測、生物多樣性監測、生態災害應急響應和評估等生態調查與研究工作。
易科泰公司設立有光譜成像與無人機遙感技術研究中心，基于自主研發設計Ecodrone®系列4旋翼輕便型無人機和8旋翼無人機專業遙感平臺及云臺，搭載高光譜、多光譜、Thermo-RGB以及高精度LiDAR等，組成完整的Ready-to-fly一體式無人機系統，具備系統高精度、高分辨率成像、三維點云高密度以及一機多能等特點，為陸地和海洋生態研究與監測提供全面的低空遙感技術解決方案。
l Ecodrone®輕便型一體式多光譜-紅外熱成像無人機遙感系統
l Ecodrone®一體式高光譜-激光雷達無人機遙感系統
l Ecodrone®一體式高光譜-紅外熱成像無人機遙感系統
l Ecodrone®一體式高光譜-紅外熱成像-激光雷達無人機遙感系統
l Ecodrone®水深與地形測量LiDAR無人機遙感系統
案例一、旱地植被分類與生物多樣性調查
半干旱生態系統（即旱地）中的植被在調節全球碳平衡方面發揮著重要作用。然而，復雜環境下不同生物群落相互交錯，對旱地區域繪制、量化植被物種和結構造成很大的困難。要解決旱地植物的分類問題，需要綜合考慮冠層生物化學、結構和環境變量。高光譜遙感已被用于對全球不同生物群落內的植被物種分類，但大面積旱地植被的光學分類仍面對著光譜混合像元及光譜異質性的挑戰。激光雷達指標（如冠層高度）表征三維冠層結構的能力為光學分類提供了補充信息，此外，激光雷達數據可導出高分辨率數據高程模型 DEM，為植被分類提供坡度、坡向和高程等地形信息，可提高植被分類覆蓋的精度。
美國的研究學者將植被光學（高光譜）和結構（激光雷達）信息結合，對位于美國愛達荷州奧懷希山脈的雷諾茲溪實驗流域的干旱地區（xeric）及半干旱地區（mesic）進行了植被分類研究。這項研究整合了高光譜光譜分類技術與激光雷達衍生數據，利用植被光譜信息、冠層高度及地形信息，提高了半干旱生態系統的分類精度，成功繪制包含土壤、草和灌木的干旱區域豐度圖及包含白楊、花旗松、杜松和其他河岸植被的分類地圖。經驗證，將激光雷達信息納入高光譜分類方案后，整體分類準確率從 60% 提高到 89%。
案例二、藍藻水華豐度及風險評估
藍藻是廣泛分布的光合微生物群體，通常在溫暖、營養豐富的淡水和咸水湖泊中占主導地位。藍藻已知能產生多種毒素，是全球飲用水和灌溉水源以及漁業的主要威脅因素。因此，藍藻的相對豐度參數被認為是內陸和沿海水域質量的重要指標。因此，量化藍藻的相對豐度有助于環境機構、水務部門、公共衛生組織等機構及時發出藍藻水華預警。國內研究學者基于高光譜成像技術開發了一個經驗模型，可以估算藍藻藻藍素（PC）和葉綠素a（Chl-a）的濃度比，進而檢測藍藻在內陸水域中的相對豐度。基于遙感反演的PC:Chl-a成果可以快速推進內陸水域中藍藻風險的初步評估，極大地提高管理內陸水域質量的能力。
案例三、機載Lidar激光雷達用于生態系統調查
1.自然生態系統調查
比利牛斯山脈是歐洲西南部最大的山脈，位于法國與西班牙交界處，山脈地勢陡峭，最大高差達1000m，多茂密森林，調查測量挑戰性。國土資源部門利用機載YellowScan Lidar——Explorer對比利牛斯山脈共計400公頃覆蓋面積的多個走廊帶進行了測量，結合航帶校準功能，最終獲取了點密度優于100點每平方米、精度5cm的高質量點云成果，為該區域的動態監測提供了可靠的基礎數據。
2. 城市生態系統調查
易科泰空陸雙基LiDAR系統，憑借自主研發的UAS 8旋翼無人機平臺與國際LiDAR技術的深度融合，創新性地集成了移動測量吊艙，構建了一套集多功能、多平臺于一體的LiDAR解決方案。該系統靈活多變，能夠無縫切換于Ecodrone無人機與車載平臺之間，同步采集同一區域的低空與地面移動測量數據，實現了空陸聯動的覆蓋。通過結合高分辨率激光掃描與精準定位技術，該系統能夠生成完整的城市地物三維點云數據，為智慧城市建設、三維建模、精準城市規劃及高效綠化管理等領域提供了強有力的數據支持，推動了城市管理的智能化與精細化進程。
比利時哈瑟爾特鎮的樹木管理人員，在運用這套先進的機載與車載雙模式激光雷達系統后，深度挖掘了其在樹木生長監測與修剪管理中的巨大潛力。系統采集的超高密度點云數據，達到了每平方米1610點，這一精細度不僅精準鎖定了樹木的地理位置，還實現了對樹高、胸高直徑、樹冠直徑、無枝干高度及樹冠體積等關鍵生長參數的精確測量與計算。
尤為值得一提的是，通過對樹木修剪前后的點云數據進行對比分析，系統能夠迅速量化樹冠體積的細微變化，進而準確評估修剪強度，這一功能極大地提升了綠化管理的科學性與效率。管理人員得以依托這些詳實的數據，迅速評估樹木的生長狀況，識別潛在的健康問題，為后續的綠化決策與調整提供了堅實的數據支撐。這一創新應用不僅展現了激光雷達技術在城市綠化管理中的巨大價值，也為智慧城市的綠色生態建設開辟了新路徑。
參考文獻：
1. Shi K, Zhang Y, Li Y, et al. 2015. Remote estimation of cyanobacteria-dominance in inland waters. Water research, 68: 217-226
2. Hamid Dashti, et al. 2019. Regional Scale Dryland Vegetation Classification with an Integrated Lidar-Hyperspectral Approach. Remote Sensing, 11(18)
北京易科泰生態技術公司提供生態監測與調查研究全面技術方案：
l ENVIS近地遙感生態觀測系統儀器
l ET-LEDIF植物冠層葉綠素熒光生態監測系統
l PhenoPlot輕便型植物表型成像分析系統
l Thermo-RGB一體式紅外熱成像儀
l Ecodrone®輕便型一體式多光譜-紅外熱成像無人機遙感系統
l Ecodrone®一體式高光譜-紅外熱成像-激光雷達無人機遙感系統
l Ecodrone®水深與地形測量LiDAR無人機遙感系統