無人機+高光譜帶來森林病蟲害遙感監測新轉機

本文內容摘自《中國測繪》2022年第1期

森林病蟲害遙感監測新轉機

松材線蟲病(Bursaphelenchus xylophilus)又稱松樹枯萎病，是全球森林生態系統中最具危害性的病害之一。自1991年松材線蟲病入侵寧波市象山縣以來，這場曠日持久的“松林保衛戰”一轉眼已持續了30年。

松材線蟲項目范圍

松樹是浙江省造林先鋒樹種，其規模幾乎占到全省森林總面積的“半壁江山”，然而即便是堅韌耐旱如它的常青樹種，一旦被松材線蟲病侵染，也會迅速泛黃枯死，甚至將病害隨著疫木及其制品持續向周圍傳播開去，蔓延成災。因此，對于松材線蟲病的防治、監測和消殺一直是我國林業生態監管工作的重中之重，松材線蟲也被列在“重要（典型）有害生物”中植物病害的首位。

多年來，對松材線蟲病科學防治、有效監測的相關研究始終未曾懈怠。單純依靠森林病蟲害防治工作者及護林員的人工勘查、抽樣定點監測，很難全面、有效地掌握大面積山林中疫木的空間分布情況，從而導致監測和處置的效率降低。

2019年我院聯合市森防站成立了一支科研團隊，針對當前松材線蟲病監測工作中遇到的監測數據源單一、監測手段人工依賴性強等亟需解決的要點難點問題集中開展了技術攻關，以期探求我市森林病蟲害遙感監測的新轉機，“天空地協同的松材線蟲病疫情遙感監測關鍵技術研究”項目應運而生。

現場工作照

該項目充分利用我院無人機和Cubert-S185成像高光譜傳感器等基礎設施裝備，同時創新性地引入高光譜遙感技術應用于松材線蟲病枯死樹識別和監測工作，實現了高空間分辨率衛星遙感影像數據、低空無人機高光譜遙感數據與地面遙感采樣數據和實地踏勘核實數據等多源多平臺數據的綜合利用和有效融合。

“天-空-地”一體化遙感數據采集

地面遙感采樣數據和實地踏勘核實數據是研究的重要基底和驗證數據。項目實施期間，項目組成員抽樣采集了研究區發病枯死松樹的準確空間位置和實測光譜數據，并將采集的地面數據進行清洗整理，形成松材線蟲病枯死樹光譜樣本，為系統性研究寧波市松材線蟲病枯死樹高光譜遙感圖譜特征提供了數據支撐。

低空無人機高光譜遙感數據，具有空間分辨率高（優于0.15m）、光譜分辨率高（4nm）的優勢，在項目關注的重點發病區躍龍街道和桃源街道采集了1.5萬畝高光譜遙感影像數據。

在此基礎上，項目組提出并建立了松材線蟲病枯死樹的光譜特征指數，實現了基于無人機高光譜遙感成像技術的松材線蟲病枯死樹智能化、精細化提取，提取準確率優于90%。

航天衛星遙感為大空間范圍、高頻高效時空監測提供了有效技術手段。利用無人機高光譜遙感提取的精細監測成果作為衛星遙感監測的“海量”訓練數據，基于樣本遷移算法實現多源數據間的相互利用和優勢互補，采用隨機森林機器學習算法完成了松材線蟲病枯死樹宏觀監測尺度上的高效化空間分布信息提取。

科技成果轉化落地

2020年，該項目正式申請立項為首批浙江省自然資源廳科技項目，通過項目實施，形成了一批具有自主知識產權的科技成果，包括發明專利一項（已進入實質性審查階段），撰寫論文2篇。此外，項目關鍵技術已通過科技成果查新，并完成自然資源部科技成果登記。

2021年11月1日，該項目順利通過了省自然資源廳在杭州組織的項目驗收。由浙江省自然資源廳、浙江省測繪科學技術研究院、國家林草局華東院、杭州市錢投集團及浙江工業大學等有關專家組成的項目驗收組充分肯定了項目的研究價值、現實意義以及項目形成的科技成果，一致同意項目驗收通過。

項目形成的天空地一體化松材線蟲病疫情遙感監測技術方案已順利在實際工作中實現技術轉化，目前已應用于寧波市自然資源規劃局森林病蟲害防治站2020和2021年度松材線蟲病疫情監測及疫木處置評估等工作中，為摸清寧波市病害疫情底數，有效提高寧波市森林病蟲害監測效率和科學化管理水平提供遙感技術支撐。