高光譜-LiDAR應用于Natura2000自然保護區棲息地監測

  Natura 2000自然保護區網(wǎng)絡(luò )是歐盟成員國共同制定的自然與生物多樣性保護行動(dòng)綱領(lǐng)，旨在保護野生動(dòng)植物物種及其棲息地，其中河谷草地是最重要的自然棲息地保護類(lèi)型，也是受到人類(lèi)開(kāi)發(fā)、氣候變化等威脅最嚴重的棲息地類(lèi)型。根據歐盟綱領(lǐng)要求，成員國每6年必須給出Natura 2000保護地監測報告，傳統的地面監測調查花費大量的人力物力財力，也往往只能進(jìn)行局部的以點(diǎn)代面式的信息，而且有些難以到達的地區會(huì )成為監測空白。隨著(zhù)高光譜成像技術(shù)、LiDAR激光掃描技術(shù)的發(fā)展，及航空遙感、無(wú)人機遙感技術(shù)的發(fā)展，高時(shí)空分辨率高光譜信息及LiDAR微地形地貌信息融合棲息地景觀(guān)生態(tài)監測成為可能。

波蘭華沙大學(xué)等研究人員采用高光譜-LiDAR航空遙感技術(shù)對Natura 2000波蘭河谷保護區半自然草地進(jìn)行了監測研究。研究選取了BN、BG1、BG2三個(gè)具有高度多樣化河流微地貌特征的區域。高光譜成像獲取植物的光譜數據并描述不同的植被特征和狀態(tài)(如:植被脅迫、葉綠素/氮濃度、水分含量、覆蓋度等)，而激光雷達數據可以將具有相似光譜特征的非棲息地的植被區域和天然草地區域區分開(kāi)。研究人員采用遞歸特征消除(RFE)與隨機森林(RF)分類(lèi)相結合的方法，以評估其在提取高光譜和激光雷達的主要特征參數方面的潛力，將RFE-RF應用于多次采集的高光譜-LiDAR數據中，使用在三個(gè)研究區域中選擇的24個(gè)*特征進(jìn)行分類(lèi)，即可代表與所研究的棲息地和風(fēng)景地貌的高度多樣化密切相關(guān)的特征，可獲得相當高的分類(lèi)結果(K約為0.7-0.77，棲息地的F1準確度約為0.8- 0.85），實(shí)現了對高維數據集高效的分析處理和分類(lèi)。

研究人員還在春末、夏季和初秋，使用機載高光譜成像和激光雷達采集數據，對位于波蘭南部西里西亞高地Natura 2000保護地的非森林植物群落兩種本土擴張草Calamagrostis epigejos和Molinia caerulea在不同生長(cháng)階段的分布情況，進(jìn)行了研究分析，結果表明，從光譜特征中可以更好地識別與其他物種共存的C. epigejos，說(shuō)明該物種在干旱和潮濕生境中均有分布。對M. caerulea沒(méi)有觀(guān)察到這一特點(diǎn)，這證實(shí)了它對潮濕地區的偏好。該數據集結果顯示這兩個(gè)物種的最佳識別期如下，M. caerulea的最高中值Kappa在8月為0.85(F1=0.89)，而C. epigejos在9月為0.65(F1=0.73)（研究結果參見(jiàn)上右圖）。

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