[发明专利]森林林隙更新及叶片信息的大面积调查方法及其集成系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种森林植被生物信息的调查方法，尤其涉及一种森林林隙更新及叶片生物信息的大面积调查方法，本发明进一步涉及实现该森林林隙更新及叶片生物信息的大面积调查方法的集成系统，属于植被生物信息的调查领域。

背景技术

当前对于森林林隙更新（幼苗/幼树）生长、植物叶片生物化学性质等方面的调查，现在较常用的方法为地面调查和用高光谱遥感进行双重计算。但地面调查仅在森林下层的地面进行，尺度过小、不易获得客观的宏观数据，且较大面积的地面调查非常耗时耗力，同时高光谱遥感数据在一些常有云层的区域不易获取，难以分析斑块化（非单一均质林）森林植被等；迄今为止，缺乏一种精确、方便快捷的森林林隙更新及冠层生物信息的大面积调查方法。

发明内容

为了解决现有技术所存在的缺陷，本发明人经过锐意研究发现，采取航空拍照和地面取样兼顾的方法，可以快速、精确识别出森林群落林隙乔木更新的生长位置，同时可以实现精确、方便快捷、大面积的调查获取森林冠层叶片的氮、叶绿素含量等生物信息，从而完成本发明。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种森林林隙更新及叶片生物信息的大面积调查方法，包括以下步骤：

（1）获取需要调查的森林植被全景影像数据，目视选择定点拍摄的区域获取经纬度数据，并进行冠层植被全景的目视判断；（2）根据预设经纬度数据，使用无人飞机进行定点拍摄获取取样区森林植被影像数据，分析影像数据获取取样区森林林隙更新及叶片冠层生物信息；同时，精确核查所获取的森林林隙更新及叶片冠层生物信息；建立影像数据与地面调查数据的相关关系；（3）利用低空飞行的无人机获取大面积森林林隙更新及冠层影像数据，通过步骤（2）建立的影像数据与地面调查数据的相关关系获取调查全区森林冠层的叶片氮及叶绿素生化信息。

其中，步骤（1）中优选采用无人飞机对需要调查的森林植被进行全景拍摄或移动拍摄的方式获取森林植被全景影像数据，并对冠层全景的植被类型进行目视判断；

步骤（2）中所述的分析影像数据获取取样区森林林隙更新及叶片冠层生物信息的方式优选为：一方面通过精确拍摄取样区森林目视判别林隙及林缘的植物更新种类及分布格局，一方面使用ArcGIS软件对影像数据或相片进行处理，获取林冠层植被的绿度分级；

进一步的，所述获取林冠层植被的绿度分级的方式优选为：在ArcGIS中把待分析的图片进行栅格化，得到栅格数据图；根据彩色影像对栅格进行物种的区分，其后对像素群的绿度进行分级；最后，把栅格转换成矢量数据，对栅格绿度值进行统计，即可。

步骤（2）中所述的精确核查所获取的森林林隙更新及叶片冠层生物信息的方式优选为：根据获取的林隙及林缘的植物更新种类、分布格局以及林冠层植被的绿度分级，对冠层植物叶片分物种、分绿度进行取样，分别进行物种鉴定、测定叶片的氮及叶绿素含量。

在最后进行森林全景调查的步骤中，结合之前建立的影像数据的绿度与地面调查的叶片氮、叶绿素含量的相关关系，并通过飞机航拍获得森林全景影像数据，得到本区森林全景的更新信息及冠层叶片氮及叶绿素等生物信息。

另外，本发明提供了一种用于实现森林冠层生物信息的大面积调查的集成系统，该集成系统包括：地面控制平台、与地面控制平台中的数传电台相连的飞行平台以及与飞行平台中的数传电台相连的影像获取平台。

所述地面控制平台包括：电脑；与电脑相连的遥控信号-数字信号转接板；与遥控信号-数字信号转接板相连的遥控接收机；与遥控接收机相连的数传电台；

与地面控制平台中的数传电台相连的飞行平台包括：动力模块、控制模块、定时定位系统模块和电源，其中控制模块包括数传电台和与其相连的自动驾驶仪，动力模块和定时定位系统模块分别与控制模块中的数传电台相连，电源与动力模块相连；

与飞行平台中的数传电台相连的影像获取平台包括：快门控制装置，其与飞行平台中的数传电台相连；以及与快门控制装置通过相机快门相连的相机。

特别地，本发明提供的上述集成系统，利用GOOGLE EARTH中的开源影像和全球定位系统实现超视距自主飞行，该系统可以在距地表10-500米高度内对研究区域进行拍照，最低飞行速度（失速速度）为5米/秒，飞行半径达10千米，获取的影像分辨率达到0.05米，可以直接识别出包括植被生物多样性、物种种类、物种分布位置、植物更新生长位置等生物信息。