[发明专利]基于高光谱遥感的胡杨林春尺蠖灾害监测方法

说明书

本发明涉及林业病虫害监测技术领域，是一种基于高光谱遥感的胡杨林春尺蠖灾害监测方法，包括以下步骤：第一步，通过光谱仪对样木进行光谱测定，获得监测区域内所有植株的地面高光谱数据，第二步，分别对获取的健康植株及受害植株的地面高光谱数据进行处理，第三步，对胡杨光谱进行特征分析，采用红边效应监测胡杨林春尺蠖灾害程度，第四步，构建基于红边特征参数的胡杨林春尺蠖灾害卫星遥感监测模型，第五步，将待监测区域的Hyperion数据带入基于红边特征参数的胡杨林春尺蠖灾害卫星遥感监测模型。本发明研究将阐明春尺蠖虫害胁迫影响下胡杨的遥感光谱信息特征，为探索胡杨林春尺蠖灾害信息的提取技术，发展实用的遥感动态监测技术提供理论依据。

技术领域

本发明涉及林业病虫害监测技术领域，是一种基于高光谱遥感的胡杨林春尺蠖灾害监测方法。

背景技术

胡杨作为一种在河岸、湖泊等湿润条件下生长的荒漠河岸林，其独特的生理结构使其能够在盐碱、风沙和干旱的恶劣环境中生存，是干旱荒漠区近顶级的天然乔木群落，是荒漠生态系统的重要组成部分，在维护荒漠区生态平衡、防风固沙、调节气候、改善生态环境等方面发挥着重要的生态功能。近50年来，由于人为破坏和气候变化，天然胡杨林大面积衰败，生态系统严重受损，生物多样性急剧降低，胡杨林长势渐趋衰弱，各种病虫害趁机大面积肆虐，尤其是春尺蠖在林区扩散蔓延迅速，危害面积达100万亩以上，重灾地区森林失叶严重如同遭遇火灾，而且有进一步向绿洲扩散的趋势。源于胡杨林的春尺蠖害虫向绿洲蔓延，有可能引起巨大的生态灾难，由于塔里木河流域天然胡杨林面积大、分布广、难以进入，导致防治率低，春尺蠖虫害严重威胁着胡杨林的生存和人工绿洲的生态安全。因此，如何及时、精准、大范围有效地监测春尺蠖灾害并提供预警信息，是胡杨林灾害防治中面临的重大技术挑战。

发明内容

本发明提供了一种基于高光谱遥感的胡杨林春尺蠖灾害监测方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有技术中没有对胡杨尺蠖灾害程度进行预测及有效监测的方法，导致胡杨林蠖灾害预警不及时，对胡杨林造成严重危害的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：基于高光谱遥感的胡杨林春尺蠖灾害监测方法，包括以下步骤：

第一步，通过光谱仪对样木进行光谱测定，获得监测区域内所有胡杨的地面高光谱数据，之后进入第二步；

第二步，分别对获取的健康胡杨及受害胡杨的地面高光谱数据进行处理，之后进入第三步；其中，对胡杨的地面高光谱进行处理，包括：

(1)高光谱数据：原始光谱数据处理，光谱仪测定胡杨叶片时获得的数据为植物光谱反射值，根据植物光谱反射值与白板光谱反射值求取植被光谱反射率，计算公式如下式：

其中：Ref_i为植物第i波段的光谱反射率；DN_i为植物第i波段的光谱反射值；为白板第i波段的光谱反射值；ρ_i为第i波段的光谱校正系数，取值99％；

(2)对每个样叶进行多次重复观测，求取该叶片的光谱反射率，即将每次观测的数据均进行步骤(1)的处理之后，求取每次观测的样叶的光谱反射率，计算该样叶的光谱反射率的平均值作为该叶片的最终光谱反射率；

(3)对经过步骤(2)处理的各样叶光谱曲线进行平滑处理，之后进入第二步；

第三步，对胡杨的地面高光谱进行特征分析，分析春尺蠖危害程度与胡杨的地面高光谱红边特征参数之间的关系，采用红边效应监测胡杨林春尺蠖灾害程度，之后进入第四步；其中，对胡杨的地面高光谱进行特征分析，包括：

(1)根据春尺蠖胁迫下的胡杨叶片光谱特征，分别定义红边、蓝边、绿峰、红谷、黄边相结合的17个红边特征参数，提取胡杨林光谱的红边特征参数；

(2)采用微分光谱法强调光谱曲线的变化和压缩均值影像，其中，一阶、二阶微分光谱的计算公式如下：