Анализ состояния растительности в горах Циньлин на основе гиперспектральной технологии дистанционного зондирования.

В условиях растущих требований к охране окружающей среды и экологии, защита окружающей среды и экологическое строительство постепенно стали глобальным приоритетом. Развитие лесного хозяйства имеет решающее значение в области экологического строительства и охраны окружающей среды. Учитывая значительное увеличение лесного покрова в моей стране, улучшение качества лесов стало ключевым направлением современного лесоуправления. Текущие исследования состояния лесов в моей стране ограничиваются традиционными обследованиями участков, методом, который является трудоемким, занимает много времени и не позволяет эффективно отражать изменения в состоянии лесов. Благодаря достижениям в области спектральной визуализации и гиперспектральной дистанционной съемки, можно получить более подробную информацию о характеристиках местности. Наша компания использует индексы растительности, извлеченные из гиперспектральных изображений, для оценки состояния лесов. На основе спектральных характеристик лесной растительности мы можем создать систему показателей для оценки состояния лесов, учитывающую три аспекта: распределение растительности, интенсивность фотосинтеза и стресс, вызванный вредителями, болезнями и водой.

Индекс растительности (VI)

Индексы растительности (ИР) рассчитываются путем объединения отражательной способности элементов рельефа в двух или более диапазонах длин волн. Эти индексы могут усиливать определенные характеристики растительности. На основе ключевых химических компонентов, которые существенно влияют на спектральные характеристики растительности, таких как пигменты, азот, вода и углерод, было разработано несколько практических индексов, включая зеленую зону, эффективность использования света, содержание азота в кроне, засуху или разложение углерода, пигментацию листьев и содержание воды в кроне. Эти индексы растительности предоставляют простой способ измерения количества и состояния роста зеленой растительности.

Индекс озеленения

Этот индекс, используемый в основном для оценки и отображения распределения зеленой растительности и роста растений, очень чувствителен к содержанию хлорофилла, площади поверхности листьев и структуре растительного покрова — всем веществам, необходимым для фотосинтеза. Путем расчета нормализованного разностного индекса растительности (NDVI) можно оценить состояние роста растительности.

индекс использования света

Этот показатель используется для измерения эффективности использования растительностью падающего света в процессе фотосинтеза. Эффективность использования света напрямую связана со скоростью роста растительности и фотосинтетически активной радиацией (fAPAR). Оценивая и количественно определяя эффективность использования света растительностью с помощью индекса красно-зеленого отношения (RG), можно оценить процесс развития растительного покрова. Он также является индикатором продуктивности и стресса листьев и может использоваться для оценки состояния роста растительности.

индекс пигментации листьев

Эти индексы используются для измерения пигментов, связанных со стрессом в растительности, в первую очередь антоцианов, которые в основном содержатся в отмирающей растительности. Эти индексы не позволяют измерить хлорофилл. Индекс антоцианов I (ARI1) в составе индексов пигментов листьев указывает на то, погибла ли растительность. ARI1 особенно чувствителен к антоцианам в листьях; более высокое значение ARI1 указывает на более высокое содержание антоцианов в кроне растения и на худшие условия жизни.

Методы оценки состояния здоровья лесных деревьев

Система использует три вегетационных индекса: во-первых, зелёность, которая показывает распределение поверхностной зелёной растительности; во-вторых, хлорофилл, который указывает на содержание каротиноидов и антоцианов; и в-третьих, коэффициент использования света, который указывает на темпы роста леса. Это позволяет создать карту пространственного распределения общего состояния леса, что даёт возможность выявлять вредителей, болезни и увядание, а также оценивать объёмы лесозаготовок на конкретном участке.

Разделение входного изображения на подгруппы в зависимости от состояния здоровья деревьев значительно помогает оценить общее состояние деревьев на изображении. На следующем изображении показана карта классификации, сгенерированная инструментом анализа состояния здоровья деревьев:

На изображении представлена ​​схематическая диаграмма классификации состояния лесных деревьев.

Результаты оценки состояния лесного покрова

△ Гиперспектральное изображение спутника XIGUANG-002 (район Циньлин)

△ Результаты анализа состояния лесов в горах Циньлин

Состояние здоровья лесов оценивается по шкале, где более высокие значения указывают на более здоровые деревья.

Outlook

Гиперспектральные спутниковые данные дистанционного зондирования могут быть использованы для анализа и оценки вероятности лесных пожаров, стресса для растений и воспламеняемости растительности в районе гор Циньлин. Вероятность лесных пожаров связана с индексом зелени, содержанием воды в растительном покрове, засухой и разложением углерода, вызванным нефотосинтезирующими растениями. Стресс для растений тесно связан с индексом зелени, индексом листовой поверхности, содержанием воды в растительном покрове, содержанием азота в растительном покрове и эффективностью использования света. Подавление растительности связано с изменениями спектральной отражательной способности в красном и ближнем инфракрасном диапазонах изображения.