基于无人机多光谱数据盐地碱蓬群落信息提取研究
作者单位：大连海洋大学
学位级别：硕士
导师姓名：李微;刘洪洋
授予年度：2024年
摘 要：鸳鸯沟拥有我国沿海少有的“苇海红滩独特自然景观,生长在滩涂上的碱蓬几乎整个生长季节都是红色,通过盐地碱蓬群落、芦苇群落的演替来研究河口湿地生态系统的变化,一直受到国内外学者的高度关注,具有重要的科学研究价值。无人机遥感受大气因素的干扰小,具有使用成本低、操作简单、获取影像速度快、地面分辨率高等优势,有效地弥补了地面采样与卫星图像像素之间的尺度差距,可大范围、多尺度、动态高效地获取盐地碱蓬分布及其生物量信息,能够如实反映盐地碱蓬群落、芦苇群落等在气候变化及人类活动下的动态变化,在很大程度上弥补了传统生物量估测方法的不足。本文以盐地碱蓬群落为研究对象,针对辽河口国家级自然保护区鸳鸯沟湿地区域,利用大疆无人机搭载Rededge-M多光谱相机获取研究区域的盐地碱蓬发芽期、生长期、花期的多光谱遥感数据以及地面同步样方数据（盐地碱蓬株高、叶倾角、地上生物量和位置信息）。并基于无人机遥感数据和相关性分析法筛选出对盐地碱蓬地上生物量敏感的植被指数,进而构建盐地碱蓬地上生物量线性、非线性反演模型,通过对各模型精度评价分析,优选出最适合盐地碱蓬地上生物量的反演模型,同时将模型用于无人机数据和卫星数据中获取2020年-2023年盐地碱蓬群落地上生物量不同物候期时空分布,最后进行不同年份,不同物候期盐地碱蓬群落时空变化分析。（1）基于无人机多光谱数据,发现非植被地物的光谱曲线相较于植被地物更加平缓;而在植被地物中,盐地碱蓬与芦苇红、绿波段的反射率变化趋势完全相反。选取19种植被指数,通过对计算结果中不同地物像元值差异以及目视解译,发现NDVI、RVI更适合区分地物是否为植被,SVI植被地物中的盐地碱蓬更加敏感。利用Correl函数对植被指数与同步样方实测生物量进行相关性分析,选择六种相关性较高的植被指数构建回归模型。RVI的相关性系数最高,达到了0.912。（2）基于相关性较高的植被指数构建线性反演模型和非线性反演模型。通过定性分析与定量分析,认为NDVI指数反演模型（建模决定系数R=0.9076、F值为97.655、RMSE为29.768,检验RMSE为56.46、RRMSE为42.4%、Skill值为0.903）相较于其他植被指数反演模型对盐地碱蓬的反演效果更好,数值更精确。以无人机遥感数据作为数据源,构建盐地碱蓬不同生长季节的地上生物量空间分布图,分析盐地碱蓬的生物量随季节的变化关系。盐地碱蓬在五月份时发芽期的地上生物量最低,七月份生长期的地上生物量最高,进入八、九月份后地上生物量缓慢减少,符合盐地碱蓬的物候特征。对相邻月份之间时空分布图的像元平均值进行独立样本T检验,分析结果P0.05,表明两个月份之间具有显著差异。（3）基于2023年鸳鸯沟A、B区域不同季节的无人机多光谱数据,利用最优回归方程构建盐地碱蓬的时空分布图,发现七月份处于生长期时,盐地碱蓬地上生物量的反演值最大,时空分布图的整体色调最深,随着时间推移,在八月份开始地上生物量逐渐减少,时空分布图的整体颜色渐渐变浅;五月份处于发芽期时,盐地碱蓬地上生物量反演值最小,时空分布图的整体色调最浅。在此基础上,通过无人机多光谱数据与高分系列卫星数据相结合进行盐地碱蓬地上生物量的反演,发现盐地碱蓬的面积与地上生物量均在逐年增加。利用无人机遥感数据的高分辨率特性,可以有效提高卫星数据反演精度。
同方学位论文库