Ecodrone®无人机遥感技术在生态调查研究与生态监测领域的应用

       无人机遥感技术能够自动化、智能化、专用化地快速获取空间遥感信息，在生态调查中扮演着越来越重要的角色，广泛应用于高时空分辨率生态环境调查、植物物候调查、动物行为和种群数量检测、生物多样性监测、生态灾害应急响应和评估等生态调查与研究工作。

       易科泰公司设立有光谱成像与无人机遥感技术研究中心，基于自主研发设计Ecodrone®系列4旋翼轻便型无人机和8旋翼无人机专业遥感平台及云台，搭载高光谱、多光谱、Thermo-RGB以及高精度LiDAR等，组成完整的Ready-to-fly一体式无人机系统，具备系统高精度、高分辨率成像、三维点云高密度以及一机多能等特点，为陆地和海洋生态研究与监测提供全面的低空遥感技术解决方案。

· Ecodrone®轻便型一体式多光谱-红外热成像无人机遥感系统

· Ecodrone®一体式高光谱-激光雷达无人机遥感系统

· Ecodrone®一体式高光谱-红外热成像无人机遥感系统

· Ecodrone®一体式高光谱-红外热成像-激光雷达无人机遥感系统

· Ecodrone®水深与地形测量LiDAR无人机遥感系统

案例一、旱地植被分类与生物多样性调查

       半干旱生态系统（即旱地）中的植被在调节全 球碳平衡方面发挥着重要作用。然而，复杂环境下不同生物群落相互交错，对旱地区域绘制、量化植被物种和结构造成很大的困难。要完全解决旱地植物的分类问题，需要综合考虑冠层生物化学、结构和环境变量。高光谱遥感已被用于对全 球不同生物群落内的植被物种分类，但大面积旱地植被的光学分类仍面对着光谱混合像元及光谱异质性的挑战。激光雷达指标（如冠层高度）表征三维冠层结构的能力为光学分类提供了补充信息，此外，激光雷达数据可导出高分辨率数据高程模型 DEM，为植被分类提供坡度、坡向和高程等地形信息，可提高植被分类覆盖的精度。

       美国的研究学者将植被光学（高光谱）和结构（激光雷达）信息结合，对位于美国爱达荷州奥怀希山脉的雷诺兹溪实验流域的干旱地区（xeric）及半干旱地区（mesic）进行了植被分类研究。这项研究整合了高光谱光谱分类技术与激光雷达衍生数据，利用植被光谱信息、冠层高度及地形信息，提高了半干旱生态系统的分类精度，成功绘制包含土壤、草和灌木的干旱区域丰度图及包含白杨、花旗松、杜松和其他河岸植被的分类地图。经验证，将激光雷达信息纳入高光谱分类方案后，整体分类准确率从  60% 提高到  89%。

基于高光谱分类和激光雷达衍生产品的最 终植被覆盖图；（左）mesic 分类和（右）xeric 分类

案例二、蓝藻水华丰度及风险评估

       蓝藻是广泛分布的光合微生物群体，通常在温暖、营养丰富的淡水和咸水湖泊中占主导地位。蓝藻已知能产生多种毒素，是全 球饮用水和灌溉水源以及渔业的主要威胁因素。因此，蓝藻的相对丰度参数被认为是内陆和沿海水域质量的重要指标。因此，量化蓝藻的相对丰度有助于环境机构、水务部门、公共卫生组织等机构及时发出蓝藻水华预警。国内研究学者基于高光谱成像技术开发了一个经验模型，可以估算蓝藻藻蓝素（PC）和叶绿素a（Chl-a）的浓度比，进而检测蓝藻在内陆水域中的相对丰度。基于遥感反演的PC:Chl-a成果可以快速推进内陆水域中蓝藻风险的初步评估，极大地提高管理内陆水域质量的能力。

左图：由多张高光谱图像生成的盖斯特水库(A)和莫尔斯水库(B)中蓝藻相对丰度的空间分布；右图：基于决策树分类模型评估盖斯特水库(A)和莫尔斯水库(B)中蓝藻对人类健康造成的风险

案例三、机载Lidar激光雷达用于生态系统调查

1.自然生态系统调查

       比利牛斯山脉是欧洲西南部最 大的山脉，位于法国与西班牙交界处，山脉地势陡峭，最 大高差达1000m，多茂密森林，调查测量极具挑战性。国土资源部门利用机载YellowScan Lidar——Explorer对比利牛斯山脉共计400公顷覆盖面积的多个走廊带进行了测量，结合航带校准功能，最 终获取了点密度优于100点每平方米、精度5cm的高质量点云成果，为该区域的动态监测提供了可靠的基础数据。

比利牛斯山脉研究区RGB影像及Lidar成果图

YellowScan Explorer可以轻松处理海拔高差超过400米的测量任务；具有高精度 DTM 数据的点云垂直切片

2. 城市生态系统调查

       易科泰空陆双基LiDAR系统，凭借自主研发的UAS 8旋翼无人机平台与国际尖 端LiDAR技术的深度融合，创新性地集成了移动测量吊舱，构建了一套集多功能、多平台于一体的LiDAR解决方案。该系统灵活多变，能够无缝切换于Ecodrone无人机与车载平台之间，同步采集同一区域的低空与地面移动测量数据，实现了空陆联动的全方位覆盖。通过结合高分辨率激光扫描与精 准定位技术，该系统能够生成完整、无死角的城市地物三维点云数据，为智慧城市建设、三维建模、精 准城市规划及高效绿化管理等领域提供了强有力的数据支持，推动了城市管理的智能化与精细化进程。

 比利时哈瑟尔特镇Groene大道整体及局部点云图

       比利时哈瑟尔特镇的树木管理人员，在运用这套先进的机载与车载双模式激光雷达系统后，深度挖掘了其在树木生长监测与修剪管理中的巨大潜力。系统采集的超高密度点云数据，达到了每平方米1610点，这一精细度不仅精 准锁定了树木的地理位置，还实现了对树高、胸高直径、树冠直径、无枝干高度及树冠体积等关键生长参数的精确测量与计算。

       尤为值得一提的是，通过对树木修剪前后的点云数据进行对比分析，系统能够迅速量化树冠体积的细微变化，进而准确评估修剪强度，这一功能极大地提升了绿化管理的科学性与效率。管理人员得以依托这些详实的数据，迅速评估树木的生长状况，识别潜在的健康问题，为后续的绿化决策与调整提供了坚实的数据支撑。这一创新应用不仅展现了激光雷达技术在城市绿化管理中的巨大价值，也为智慧城市的绿色生态建设开辟了新路径。

参考文献：

1. Shi K, Zhang Y, Li Y, et al. 2015. Remote estimation of cyanobacteria-dominance in inland waters. Water research, 68: 217-226

2. Hamid Dashti, et al. 2019. Regional Scale Dryland Vegetation Classification with an Integrated Lidar-Hyperspectral Approach. Remote Sensing, 11(18)

北京易科泰生态技术公司提供生态监测与调查研究全面技术方案：

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