树木低空遥感光谱采集与分析

摘要：植物光谱指的是植物在光线照射下，其由于叶片吸收和反射而形成的一系列具有特定波长和反射强度的光线谱。植物光谱用于植物病害检测已有30余年历史，低空遥感光谱是在植物地面光谱技术基础上，结合无人机等航拍设备，利用成像技术，对地面区域进行低空航拍，并对航拍光谱图像进行光谱分析的技术手段，是目前比较先进的对大面积作物进行光谱分析的装备和技术。本文介绍了低空遥感光谱采集与分析在林木及农作物病虫害监测和防治的应用及方法，分析了被病害胁迫下的林木生理参数和光谱之间的关系，提出通过分析不同病种的光谱图像，分析其特征值和典型曲线，以作为树木染病与否以及染何种病的判断依据。

关键词：植物光谱；生物物理性状；光谱采集分析

Analysis of low-altitude remote sensing spectra of trees

Abstract: Plant spectroscopy refers to a series of light spectra with specific wavelengths and reflective intensities formed by the absorption and reflection of leaves by plants under light irradiation. Plant spectroscopy has been used in plant disease detection for more than more than 30 years, low-altitude remote sensing spectroscopy is based on plant ground spectroscopy technology, combined with UAV and other aerial shooting equipment, the use of imaging technology, the ground area for low-altitude aerial shooting, and aerial analysis of the spectral image of the technical means, is a relatively advanced equipment and technology for spectral analysis of large areas of crops. This paper introduces the application and method of low altitude remote sensing spectroscopy in the monitoring and control of forest and crop pests and diseases, analyzes the relationship between the physiological parameters and spectra of forest trees under disease stress, and puts forward the analysis of its eigenvalues and typical curves by analyzing the spectral images of different diseases. As a basis for judging whether trees are infected or not and what diseases they are infected with.

Key words: Plant spectroscopy; biophysical traits; spectral acquisition and analysis

1. 课题研究背景、目的和意义:

在全球生态环境恶化和树木资源紧缺的今天，树木的保护和合理利用是我们所面临的一个严重问题。据第八次全国森林资源清查报告显示，全国森林面积2.08亿hm²，森林覆盖率21.63%。活立木总蓄积164.33亿m³，森林蓄积151.37亿m³。天然林面积1.22亿hm²，蓄积122.96亿m³；人工林面积0.69亿hm²，蓄积24.83亿m³。森林面积和森林蓄积分别位居世界第5位和第6位，人工林面积仍居世界首位^[1]。然而，受森林病虫害的影响，我国的林业发展遭受到了巨大的阻碍。森林病虫害通常被称为“不冒烟的森林火灾”，是林业发展的大敌。以松树为例，受松材线虫病等病虫害的影响，我国目前已发现因松材线虫病害致死的松树5亿多株，覆盖面积达30万余公顷，经济损失超过千亿，严重影响我国经济和社会的可持续发展^[2]。

光谱遥感技术兴起于上世纪80年代，其融合了光谱技术和成像技术，是当前国际上对地观测遥感技术的重要发展方向。树木光谱的研究在林木病虫害的防治方面具有突出作用，由于林木病虫害具有传染性和爆发性，所以遥感光谱采集分析在大面积森林的检测和病虫害防范方面地位突出。在农林业目前主要集中于农业病虫害防治、植物物理性状信息的提取与研究（植物物理性状信息主要是指植物的种类与品种、生物量（或果实产量）、受害害种与害情、叶面积指数、郁闭度、光合有效辐射以及冠层结构等物理性状信息^[3]。）。通过光谱采集分析而实时的对病虫害防治采取相应的措施。

随着对生态植被保护的日益重视及林木资源的紧缺，利用树木光谱采集与分析，针对区域性树木健康状态诊断也随之发展并取得重要的进展。植物光谱采集与分析已经成为现在检测和观察植物健康状况的重要手段，是目前国际主流的植物病害在线和离线检测手段。树木低空遥感光谱采集与分析主要是利用成像技术，对地面区域的林区进行低空航拍，并对采集图像进行数据分析对比，分出健康林与染病林，以及时采取措施防治和保护树木，这对于生态资源的保护和合理利用都意义重大也是我们及时防止病虫害传播和减少生态资源损失的首要任务。树木低空遥感光谱采集与分析对大面积区域的林区和生态圈的监测具有极大的优势，快速便捷，有利于对林区等进行信息化管理，对林木资源和生态环境的保护具有巨大意义。