基于两种无人机航拍影像的林窗和林冠提取分析

森林冠层和林窗的结构及其时空变化是理解森林生态系统格局、动态变化过程的重要基础。在当前生物多样性监测倍受关注的契机下，如何以合适的手段准确描述林窗面积、分布等特征，并与森林固定样地监测数据有效地结合，更好地回答群落构建的理论问题，使森林群落物种多样性维持机制得到更全面的认识，是目前亟待解决的问题。以鼎湖山南亚热带常绿阔叶林20 hm2固定监测样地为研究对象，基于不同遥感影像提取方法对其林窗和林冠表层数据进行提取分析。结果表明：基于监督分类的提取方法适合RGB波段航片林窗的提取，在林窗分类中，应首先确定林窗高度、边界木与最小面积，不同分类方法差异主要表现在林冠分类中，林窗分类生产者精度和用户精度表现都较为一致。无人机航拍识别率受地形因素影响较大，在地形复杂林地应按坡度分区域进行飞行以降低误差。相对于地面调查，MD4-1000无人机航片的林窗识别率为98.7%；大疆Phantom4无人机航片的林窗识别率为72.3%，影像后期处理数据量小，同样适用于森林林窗定量研究，符合生态学、林业等从业人员对大型样地林窗长期监测的要求。无人机航拍南亚热带森林物种识别难度较大，基于MD4-1000无人机搭载的高分辨率相机，在地势平缓区域优选的4 hm2样地中可识别林冠表层物种数17种，共2 706个个体。搭载高分辨率无人机在降低飞行高度的基础上可进行部分物种识别。应用无人机近地面遥感对森林固定样地进行林冠监测，可为后期群落构建研究提供数据基础，有望从新的研究角度探讨森林群落物种多样性维持机制。     

塔里木河中游绿洲盐漠带典型盐生植物光谱指数分析

盐生植物对于维持干旱区绿洲生态系统平衡起着核心作用。该文以渭干河-库车河三角洲绿洲盐漠带典型盐生植物为研究对象,利用Field Spec Pro FR便携式地物波谱仪,对2010年10月盐生植物的野外光谱数据进行采集并取相应土样。首先,采用光谱学分析方法分析光谱特征变化,并对土壤理化特性(含盐量、TDS、电导率、pH值)进行室内测定分析,获得盐生植物光谱特征数据和土壤理化特性数据。其次,利用实测光谱数据对盐生植物高光谱植被指数NDVI705、VOG1、ARI1和CRI1进行反演,用高光谱影像和TM影像分别对VOG1和NDVI705进行反演,并与土壤理化特性进行相关性分析。研究表明:高光谱植被指数NDVI705、VOG1、ARI1与土壤理化特性之间相关性均较低(0.266R0.449),但CRI1与含盐量、TDS的相关性较高(R=0.668);用高光谱影像反演的VOG1与电导率的相关性较高(R=0.536),用TM影像反演的NDVI705与TDS相关性较高(R=0.695)。通过精度验证,发现高光谱反演数据(VOG1)比TM反演数据(NDVI705)精确,说明遥感数据空间分辨率的不同影响了反演植被光谱指数的精度。该研究不仅可为干旱地区盐生植物的遥感识别奠定基础,而且对维持绿洲生态系统稳定提供一定的科学依据。     

乌兰布和沙漠东北边缘植物群落物种多样性及其生态环境

应用群落多样性指数（Ｄ）、均匀度（Ｊ）、生态优势度（Ｃ）等指标，对乌兰布和沙漠东北边缘不同生境（荒漠区、绿洲外围、绿洲内）的天然植物群落进行了研究，结果表明这三种指标值能有效地表征群落的组成结构特征及生境的优劣；荒漠植物群落多样性指数（Ｄ＝０．６０３～２．９８４）和均匀度（Ｊ＝０．３３７～０．６９１）都较低，而生态优势度（Ｃ＝０．７２４～０．１９５）较高，说明荒漠植被生态环境的脆弱性，群落结构越复杂，多样性指数越高；多样性与生态环境关系密切，Ｄ和Ｊ随生境渐好而递增，Ｃ随生境渐好而递减，可作为环境评价指标；多样性在一定程度上体现了群落的发展阶段和稳定程度，越接近顶级阶段，多样性越高，且环境的改善有助于群落演替进程的加速；干旱区弃耕撩荒地次生演替植被，在弃耕初期多样性随弃耕年限增大而减小，后期处于一个较稳定的水平，且各演替阶段植物组成变化较大。     

高寒植物群落优势种光合日变化及其与环境因子的关系

为分析不同高寒植物群落优势种的光合特性，探究影响光合作用的主要环境因子，选择若尔盖高原同纬度同海拔的沼泽湿地、湿草甸和干草甸样地，对比研究典型植物群落优势种木里苔草（Carex muliensis）、四川嵩草（Kobresia setchwanensis）和垂穗披碱草（Elymus nutans）光合日变化。结果表明：（1）由于水分条件差异显著（P<0.05），沼泽湿地优势种木里苔草的净光合速率（P_n）日变化呈单峰趋势，而湿草甸和干草甸优势种P_n则为双峰曲线，存在光合“午休”现象。（2）水分利用效率（WUE）日均值表现为干草甸优势种 > 湿草甸优势种 > 沼泽湿地优势种；各群落优势种光能利用效率（LUE）日均值无显著差异。（3）沼泽湿地优势种P_n主要受光合有效辐射（PAR）、气温（T_a）和空气相对湿度（RH）的影响；干草甸T_a和PAR为主要环境因子，湿草甸影响优势种P_n的主导因素为PAR。     

荒漠草原植物群落光合速率对水氮添加的响应

氮沉降和降水格局改变对草原生态系统的结构、功能及关键过程具有重要影响。依托内蒙古乌拉特荒漠草原研究站的全球变化实验平台，研究了氮添加和增减雨（+50%、-50%）及其交互作用对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征的影响，分析了荒漠草原植物群落光合速率与植被特征的关系。结果表明：（1）短期氮添加对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征没有显著影响（P > 0.05）；（2）降水格局改变显著影响荒漠植物群落光合速率（P < 0.05），减雨50%显著降低了荒漠草原植物群落光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而降水增加50%没有改变群落光合速率和植被特征，降水改变下的土壤水分能很好地解释群落光合速率；（3）氮添加和增加降水的交互效应显著提高了群落的光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而减少降水与氮添加没有显著影响；（4）荒漠草原植物群落盖度、优势种盖度、优势种平均高度与群落的光合速率呈现出指数增加关系，解释率为40%~58%。干旱极大地抑制荒漠草原植物群落光合速率，而氮沉降则依赖于降水增加来提高群落的光合速率，荒漠草原植物群落光合速率与水肥处理下的植物生长特征具有密切的关系。     

临泽荒漠绿洲湿地植物生态系列及其物种多样性研究

在对黑河中游临泽县荒漠绿洲湿地植物群落组成野外调查的基础上,采用TWINSPAN数量分类方法和多变量排序等方法,研究典型内陆盐沼植被类型及空间分布特征,分析了物种多样性特征,探讨了影响临泽荒漠绿洲湿地植物群落分布的主要环境因子。结果表明,在临泽荒漠绿洲湿地,共监测到40种高等植物,隶属于18科38属;湿地植被分为3个植被类型,11个群丛。在湿生带、湿生—旱生交错带和旱生带的梯度上,植被类型从以小粒苔草(Carex karoi)、小花灯芯草(Juncus articulatus)和芦苇(Phragmites australis)为主的盐碱化沼泽植被,经以赖草(Leymus secalinus)、碱蓬(Suaeda glauca)和小花棘豆(Oxytropis glabra)为主的盐化草甸植被,过渡到以苦豆子(Sophora alopecuroides)为主的碱化草原植被。物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数都表现为湿生—旱生交错带最高、旱生带最低的特征,而群落优势度指数表现为交错带最低、旱生带最高的特征。湿生—旱生交错带基本包括了湿生带和旱生带的优势种,其物种丰富度指数最大(21种),而旱生带最小(8种)。土壤含水量、土壤养分含量和全盐含量均是影响植被分布的主要环境因子。其中土壤含水量和全盐含量的贡献率最大,是影响临泽荒漠绿洲湿地植物群落演替的关键因子。土壤表层含水量和全盐含量也是影响物种丰富度的关键因子。此外,土壤含水量还是影响群落优势度的主要因素,而土壤全氮含量是影响群落均匀度的重要因子。     

黄河三角洲新生湿地土地覆被演替图谱

本文根据黄河三角洲新生湿地盐生、湿生、中生以及人工等不同生境的生态景观类型 ,将本区土地覆被类型分为 9类 ,即研究区海域、滩涂、柽柳 -翅碱蓬群落、獐毛 +白茅群落、芦苇 +荻群落、有林地、天然河流与人工水体、耕地和居民工矿用地。从遥感影像数据 (包括LandsatTM432、CBERS 1CCD432 )和专题矢量数据中提取了 1 984、 1 991、 1 996和 2 0 0 0年四期土地覆被数据 ,采用区域质心函数计算四个时期 9类覆被的分布重心 ,并合成土地覆被重心演替过程图谱 ,通过图谱分析 ,归纳出湿地植被演替的三种模式 ,即陆进模式、海退模式以及人类活动影响模式 ,为认识新生湿地植被演替规律以及人类活动的影响、制定湿地保护措施提供参考依据。     

基于NDVI的新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算经验模型研究

新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算模型十分缺乏，给荒漠化监测等相关工作带来很大不便，开展植被覆盖度遥感估算经验模型研究，对于促进和完善相关地区的生态监测及研究工作具有积极的现实意义。通过对阜康市北部沙漠南缘和克拉玛依市中部平原荒漠进行无人机航拍，利用无人机遥感提取（光合）植被信息，并将无人机航拍影像的植被覆盖度统计单元与高分辨率卫星影像像元在空间上直接相对应，获取在高分辨率卫星影像像元尺度上的植被盖度，然后通过植被覆盖度和空间上与其相对应的源自高分辨率卫星影像的NDVI数据的拟合关系，建立基于源自高分二号影像的NDVI的阜康北部沙漠植被覆盖度遥感估算线性模型以及基于源自ZY1-02C影像的NDVI的克拉玛依平原荒漠植被覆盖度遥感估算二次多项式模型。研究中所采用的无人机遥感与卫星遥感相结合、植被覆盖度统计单元与卫星像元在空间上直接对应的方法，可避免以往相关工作中常以点位测量数据代表卫星像元数据所带来的不确定性。由于所用卫星影像的NDVI数据稳定性相对不足等原因，所建立的遥感估算模型的估算精度尚相对偏低，有待于今后进一步的工作加以改进。     

基于无人机遥感的盛花期薇甘菊爆发点识别与监测

局域尺度上爆发点的识别与监测是薇甘菊（Mikania micrantha）入侵研究的一个难点，无人机遥感为此提供了新的研究手段。采用无人机搭载RGB相机获取研究地的正射影像，采用波段运算、影像分割和深度学习3种方法对盛花期薇甘菊的爆发点进行识别。结果表明：高分辨率的RGB拼接影像可直接用于目视识别薇甘菊的爆发点。过绿指数（EGI）、归一化过绿指数（NEGI）、蓝绿差异指数（BGDI）、绿红差异指数（GRDI）、归一化绿红差异指数（NGRDI）以及植被色素比值指数（PPR）均无法分离薇甘菊和其附主植物；但PPR指数可为面向对象的多尺度分割提供参数支持。面向对象的多尺度分割可自动识别薇甘菊的爆发点，但会低估其爆发面积。基于深度学习（Deeplab V3+）的自动识别方法，能准确识别薇甘菊的爆发点和爆发面积，测试集的平均交并比（mIoU）为78.46%，像素精度为88.62%。无人机遥感数据为局域尺度上的薇甘菊扩散机制研究提供了基础，也为薇甘菊入侵的监测、预警和精准防治提供了有力支撑。     

河西走廊西段戈壁灌木群落多样性及其分布格局研究

通过野外样方调查河西走廊西段荒漠戈壁典型灌木群落多样性状况，研究探讨了 8 种典型 灌木群落物种多样性的空间分布格局及其与地理因子的关系，对荒漠戈壁植物群落的多样性的保 护和可持续发展具有重要意义。结果表明：(1) 8 个典型灌木群落 Shannon-Wiener 指数、Simpson 指 数、Margalef 指数和 Pielou 指数从高到低为：盐爪爪群落>麻黄群落>合头草群落>红砂群落>梭梭群 落>泡泡刺群落>多枝柽柳群落>沙拐枣群落；波动范围分别为 0.314 ~ 1.355、0.179 ~ 0.666、0.334 ~ 1.222 和 0.051 ~ 0.218，说明荒漠戈壁灌木群落物种多样性指数偏低，群落结构简单，物种组成稀 少。(2) 不同灌木群落内物种数越多，群落间 Jaccard 相似性系数越大。大部分灌木群落类型间 Jac? card 相似性在 0.20 ~ 0.60 之间，群落间相似水平较低，群落相对稳定。(3) 随着海拔的升高，Margalef 指数、Pielou 指数和 Shannon-Wiener 指数均呈先增加后降低的单峰型分布格局，最大值出现在海拔 2 000 m，且与海拔显著相关（P<0.05）；在经度梯度上，从东到西，Margalef 指数、Pielou 指数和 Shan? non-Wiener 指数呈递增格局，但与经度无显著相关性（P>0.05）；在纬度梯度上，从南到北，Margalef 指数、Pielou 指数和 Shannon-Wiener 指数呈显著递增趋势（P<0.05）。总体上，荒漠戈壁灌木群落物 种多样性呈现出明显的垂直（海拔）和纬度地带性分布格局。     

粤西沿海地区半红树植物群落组成和分布及其影响因子研究

半红树植物通常生长于红树林向陆边缘、不规则高潮可及的生境。由于自然分布的限制和人类活动干扰的影响,对半红树植物的分布格局、群落组成和立地条件等方面的了解比较有限,导致目前对半红树植物的保育和管理还有明显缺陷。以粤西沿海地区17处典型半红树植物群落为研究对象,分析了半红树植物种群分布、生境特点、生境面临的威胁及其保护对策。在野外调查中,发现3处中国大陆银叶树(Heritiera littoralis)和玉蕊(Barringtonia racemosa)种群新分布点,以及广东省科级植物分布新纪录--须叶藤科(Flagellariaceae)。研究结果表明,粤西沿海地区半红树植物群落以海漆(Excoecaria agallocha)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)、水黄皮(Pongamia pinnata)和银叶树为优势种,伴生种和陆生植物分别以露兜簕(Pandanus tectorius)和楝(Melia azedarache)较为常见,半红树植物群落物种组成主要受土壤盐度和淹水条件影响,自河口的上游至下游逐渐变化,其土壤环境特征与真红树植物群落相似,表现为低盐度(土壤盐度为0.84‰~6.59‰)、土壤酸化(pH为6.01~6.09)和高有机质含量(总有机碳质量比为19.12~44.44 g/kg)的特征。现阶段对半红树植物仍然缺乏综合研究,其包括碳存储在内的生态功能有待进一步研究;同时,半红树植物保护地位在国内尚未明确,建议开展建立保护小区、实施迁地保育和人工恢复等保育手段。     

基于多类型无人机数据的红树林遥感分类对比

使用固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机获取广东珠海淇澳岛红树林保护区多类型无人机遥感影像，使用基于面向对象分类的K-最近邻与随机森林分类器对研究区影像进行红树林树种精细分类和对比分析，并探讨了不同类型无人机平台在红树林资源调查应用中的优缺点。结果表明：1）固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机数据使用K-最近邻法的分类精度分别为：73.8%、72.8%和79.7%；使用随机森林法的分类精度分别为：81.1%、84.8%和89.3%。3种平台类型的无人机数据均适用于红树林精细分类研究，对于无人机红树林遥感数据，随机森林的分类方法优于K-最近邻方法。2）以拍摄面积与用时之比估算采集效率，固定翼无人机、消费级旋翼无人机和专业级旋翼无人机分别为0.036、0.013和0.003 km2/min。固定翼无人机的采集效率具有明显优势。3）固定翼无人机适合大范围红树林数据采集，要求较高；消费级旋翼无人机适于获取小范围精细数据，成本低且易学易用；专业级旋翼无人机适合搭载质量稍大的如成像光谱仪、LiDAR等专业传感器获取多源数据。最后给出了无人机在红树林遥感研究中的注意事项和建议。     

无人机组网遥感数据体系建设评介

无人机组网遥感数据是指在无人机组网条件下获取的遥感观测数据。随着无人机组网系统的复杂化,获取的遥感数据呈几何量级增长,迫切需要一种与无人机组网技术相匹配的标准化无人机组网遥感数据管理体系。遗憾的是,迄今为止,国内外还没有完善的无人机组网遥感数据体系,也没有相关文献系统地介绍无人机组网遥感数据体系的发展历程。论文依次对无人机组网遥感数据的发展历史、数据特点、数据界定和分类标准、获取和处理流程、不同场景下的应用进行了系统的梳理,指出了无人机组网遥感数据体系未来的研究方向。研究成果是无人机组网遥感数据体系研究的一次探索,将为无人机组网条件下相关行业标准的制定提供参考依据,也为无人机组网遥感数据的深层次应用提供借鉴。     

适用于遥感影像的水生态空间多功能分类体系研究

水生态空间分类体系是研究水生态空间变化的重要前提。目前,水生态空间分类体系一般都基于特定的研究或者管理目的,没有相对统一的划定标准。因此,这些水生态空间分类体系间的可比性及可操作性就存在一定的局限。鉴于此,论文结合遥感观测技术,基于系统论提出了适用于遥感影像的水生态空间多功能分类体系。该分类体系具有一定的理论基础,同时也兼具遥感技术的可操作性和可比性,能为研究水生态空间的面积动态变化提供理论基础和技术保障。此外,研究还结合生产管理经验和专家咨询等方法,建立了适用于Landsat卫星遥感数据的各类水生态空间的解译标志。最后,以中国为例,运用2015年的Landsat卫星遥感数据,划定了中国各类水生态空间的分布,并得到了不同水生态空间类型所占的面积比,这为进一步研究中国水生态空间的演化规律奠定了坚实基础。     

Response Differences of MODIS-NDVI and MODIS-EVI to Climate Factors

To evaluate and provide an appropriate theoretical direction for research into climate-vegetation interactions using meteorological station data at different time scales, we examined differences between the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Enhanced Vegetation Index (EVI) and their responses to climate factors. We looked for correlations between data extracted from MOD13Q1 remote sensing images and meteorological station data for the two indexes. The results showed that even though NDVI and EVI are derived from the same remote sensing image, their response to climate factors was significantly different. In the same meteorological station, the correlation coefficients for NDVI, EVI and climate factors were different; correlation coefficients between NDVI, EVI and climate factors varied with meteorological station. In addition, there was a lag effect for responses of NDVI to average minimum temperature, average temperature, average vapor pressure, minimum relative humidity, extreme wind speed, maximum wind speed, average wind speed and average station air-pressure. EVI had a lag only for average minimum temperature, average vapor pressure, extreme wind speed, maximum wind speed and average station air-pressure. The lag period was variable, but most were in the -3 period. Different vegetation types had different sensitivities to climate. The correlation between meteorological stations and vegetation requires more attention in future research.     

轻小型无人机遥感及其行业应用进展

无人机是低空领域准确、灵活、高效获取多种类型高分辨率遥感数据的重要载体,无人机遥感技术在行业应用创新和管理部门科学决策之间构筑起信息沟通的关键桥梁。随着科技的进步、大数据时代的来临,无人机遥感系统的硬件设备、信息提取方法都取得了飞速的发展;同时其在国民经济主要行业领域的应用也面临着前所未有的机遇和挑战。论文首先介绍了无人机遥感系统的硬件研发进展,并指出轻小型、高精度、标准化与集成化是未来无人机遥感系统发展的总体趋势。其次,详细介绍了目前轻小型无人机遥感应用在农业、林草业、电力、测绘、大气探测和地质灾害等行业的应用现状,指出实现无人机多源遥感数据获取、融合、分析和提取的综合平台是未来轻小型无人机在民用领域行业应用创新的关键所在。最后,针对载荷与飞行平台的一体化集成应用、无人机组网作业、海量数据管理和信息自动化提取等发展趋势提出了几点思考。轻小型无人机遥感在国民经济各行业应用的普及化和标准化,将有助于国家和区域社会经济的健康发展。     

Combining Decision Trees with Angle Indices to Identify Mangrove Forest at Shenzhen Bay,China

Mangroves are woody plant communities in the intertidal zone of tropical and subtropical coasts that play an important role in these zones. The infrared wave band is one of the key bands in the remote sensing identification of mangrove forest, and ALI (advanced land imagery) has a large number of infrared bands. Two angle indices were proposed based on liquid water absorption at band 5p and band 5 of EO-1 ALI, denoted as β_1.25 and β_1.65 respectively. A decision tree method was adopted to identify mangrove forest using remote sensing techniques for β_1.25-β_1.65 and NDVI (normalized difference vegetation index) for EO-1 ALI imagery acquired at Shenzhen Bay. The results showed that the reflectance of mangrove forests at band 5p and band 5 was significantly lower than that of terrestrial vegetation due to the characteristics of coastal wetlands of mangrove forests. This resulted in a greater β_1.25-β_1.65 value for mangrove forest than terrestrial vegetation. The decision tree method using β_1.25-β_1.65 and NDVI effectively identifies mangrove forest from other land cover categories. The misclassification and leakage rates were 4.29% and 5.11% respectively. ALI sensors with many infrared bands could play an important role in discriminating mangrove forest.     

基于Citespace的无人机遥感研究知识图谱分析

为清晰了解国内外无人机遥感应用研究现状及发展态势，以Web of Science核心期刊为数据源，运用文献计量方法与Citespace可视化分析工具对无人机遥感研究的相关文献进行统计分析。结果表明：无人机遥感相关研究文献呈快速增长趋势，与遥感科学、工程学和影像科学摄影技术三门学科联系最为密切；美国、中国、西班牙等国家发文量较多，具备较强研究力量；中国科学院发文量最多，而西班牙最高科研理事会h指数最高，均有较大影响力；澳大利亚学者Lucieer A和西班牙学者Zarco-Tejada PJ的h指数较高，为该领域的代表性学者；无人机遥感技术包含多个研究方向，其中研究热点包括无人机遥感在农业科学和生态学等领域的应用研究、遥感影像分类方法的研究、摄影技术和计算机视觉技术的研究等三方面。     

归一化水汽指数与地表温度的关系

城市热岛的遥感研究,传统上主要利用归一化植被指数作为指标来评估地表温度-植被之间的关系。本研究探讨了以归一化水汽指数作为评估其与地表温度关系的适应性,比较了归一化水汽指数和归一化植被指数在表达城市热岛效应方面的效力。利用"单窗算法"和3个不同时段的TM/ETM+数据获取了珠江三角洲核心区域的地表温度分布图,分析了两种指数与地表温度之间的关系。对局部区域逐像元和对区域总体分析的结果表明:不同时段的地表温度与归一化水汽指数之间均存在较强的线性关系,而地表温度与归一化植被指数之间的线性关系相对较弱。说明在城市化的环境下,与传统上常用归一化植被指数作为指标来定量分析地表温度相比,归一化水汽指数提供了一种互补的、甚至更加有效的衡量指标。