基于低空遥感的若尔盖草地鼠害信息提取方法及对比研究

发布时间：2020-09-08 18:01

　　若尔盖草地鼠害频发对当地的生产生活以及生态环境造成严重影响,研究基于无人机影像的草地鼠害信息提取方法,以期为草原鼠害监测提供一定的理论与技术参考,对若尔盖草原鼠害防治与草地资源可持续发展具有重要意义。本研究以若尔盖县辖曼乡鼠害严重的两个小牧场作为实验区,首先利用大疆精灵4Pro无人机获取实验区的航拍像片,通过处理得到4幅低空遥感正射影像,包括春夏两季的鼢鼠鼠害区影像与旱獭鼠害区影像。再运用灰度阈值分割、优选色彩纹理、基于规则的面向对象、BP神经网络共4种方法逐一对四幅影像的地表鼠害信息进行提取,并从空间精度与定量精度两个方面对提取结果进行精度评价,然后对比分析总结各方法的优劣,进而得出不同季节影像中不同鼠害信息的最佳的提取方法。主要研究结论如下:(1)在春季鼢鼠鼠害区影像中,利用优选色彩纹理、面向对象、BP神经网络三种方法提取出的鼢鼠土丘制图精度与用户精度均达到90%以上,分类结果精度高;灰度阈值分割的土丘中心部分的提取效果较差,制图精度仅为73.03%。基于规则的面向对象提取结果的数量位置精度为96.30%,面积偏离度0.16,形状偏离度0.13,各项指标均为最优,是春季影像中提取鼢鼠土丘精度最高的方法。(2)在夏季鼢鼠鼠害区影像中,灰度阈值分割与面向对象方法的提取结果漏分像元较多,制图精度仅为72%左右,土丘图斑的数量位置精度仅为57.14%与50.00%。而优选色彩纹理与BP神经网络方法的制图精度与用户精度均达到85%以上,土丘图斑的数量位置精度分别为86.36%与90.00%。BP神经网络方法的面积偏离度为0.30,为各方法中最小,是提取夏季影像鼢鼠土丘的相对较优的方法。(3)在春季旱獭鼠害区影像中,BP神经网络方法提取洞口像元的制图精度为50%,优选色彩纹理提取洞口的用户精度仅为37.77%,这两种方法对洞口的提取准确度仅为27.59%与23.81%。4种方法对洞口辐射区的提取准确度均不足40%,且图斑破碎程度普遍较高。基于规则的面向对象方法提取洞口与洞口辐射区的制图精度分别为83.02%与74.46%,用户精度分别为100.00%与99.79%,数量位置精度分别为52.17%与38.46%,洞口辐射区的面积偏离度与形状偏离度分别为0.13与0.29,是提取旱獭鼠害精度相对较高的方法。(4)在夏季旱獭鼠害区影像中,各方法对洞口辐射区的提取精度均为良好,其中灰度阈值分割的精度相对略低,其他三种方法的制图精度与用户精度均达90%以上,数量位置准确度也超过80%。对于旱獭洞口,各方法的提取精度差异较大,优选色彩纹理与面向对象方法的错分像元较多,用户精度分别仅为45.10%与65.81%;灰度阈值分割与优选色彩纹理的数量位置精度较低,准确度分别仅为59.46%与18.52%;BP神经网络提取的洞口准确度74.19%,制图精度与用户精度分别为82.37%与99.95%,面积与形状偏离度分别为0.24与0.23,是提取夏季影像中旱獭鼠害信息精度最优的方法。
【学位单位】：四川师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP79;S812.6
【部分图文】：

自治州,阿坝县,若尔盖县,阿坝州

区概况位置高原地区位于青藏高原东北部，是川甘青三省相交之处，素有“川西，介于 100o20′—104o15′E，31o50′—34o49′N 之间，总面积约 5.9 万平方的县级行政区包括四川省阿坝州的若尔盖县、红原县、阿坝县、松潘族自治州的玛曲县、碌曲县，青海省果洛藏族自治州的久治县[51]。

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叫做旁向重叠度，二者均以像片重叠部分的长度与像片边长之比的百分数来表示。根据不同的航摄内容，对像片重叠度的要求也有所差异，为满足航测成图的要求，一般规定：航向重叠度为 60%，最少不得少于 53%；旁向重叠度为 30%，最少不得少于 15%；当地形起伏较大时，需要增加因地形影响的重叠百分数[66]。本研究将航空摄影的航向重叠度和旁向重叠度分别设计为 80%和 60%，满足摄区范围内的航摄要求，确保影像的有效分辨率。（4）航线敷设在确定航线方向时，应考虑摄区的实际形状，以尽量高的飞行效率为导向进行设计。进行航线设计时，在航向上，给每条航线的两端多延伸出 200 m，在旁向上，给摄区的两边各多设计一条航线，以保证工作区的航摄全覆盖，防止摄区边缘漏拍[67]。曝光模式采用等时曝光，曝光时间间隔 3s。本研究选取位于若尔盖县辖曼乡的两个牧场作为实验区，其中一个为高原鼢鼠鼠害典型区，另一个为旱獭鼠害典型区。两个实验区鼠害程度严重，鼠害地表特征突出，牲畜等对于采样的干扰较少。敷设航线时需对两个实验区分别设计，两条航线的具体设计如图 3.1 所示。

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Pix4Dmapper 是瑞士 Pix4D 公司的全自动快可从航拍片中利用摄影测量与多目重建的原理快速获取换成各种用于测绘的二维地图和三维模型，包括三维点型、正射影像镶嵌图、体积计算、等高线、三维纹理模业、灾害应急、农林监测、海洋环境等多个领域都有着生产per 操作简单，自动化程度高，精度较好[69]。传统的照片数字表面模型与正射影像的生成等步骤，均可以通过软如图 3.2 所示。

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