基于无人机高光谱的外来入侵种互花米草遥感监测方法研究—以黄河三角洲为研究区

Spartina alterniflora originated in the Atlantic coast of the Americas and the Gulf of Mexico and was introduced to our country because of its beach preserving and coast protection. But it is unexpected that the invasion of Spartina alterniflora is very strong, and so Spartina alterniflora has been included in the first list of invasive species which was done by the State Environmental Protection Administration in 2003. Spartina alterniflora was firstly introduced to Yellow River delta in 1990 and distributed in the fifth peg in the north of Gudong oilfield, while now it has spread across the intertidal zone. The large-scale spread of Spartina alterniflora severely impacts the growth and distribution of the native species here. For example, the famous landscape of Yellow River mouth “red carpet” (Suaeda Salsas) has been reduced to nearly half, which attracts the attention of the relevant departments such as the Yellow River delta national conservation area management bureau. They urgently need to monitor the spatial distribution and spread of Spartina alterniflora, but there has not yet been an effective means to monitor by now. .This project will use UAV hyperspectral remote sensing, a new technical means of remote sensing monitoring, analyze the spectral characteristics of spartina alterniflora under different circumstances (including different growth status of Spartina alterniflora, different observing and environmental conditions), establish a robust detection model, and find an effective way to obtain UAV hyperspectral remote sensing images of Spartina alterniflora. The results can provide effective technical means for monitoring alien invasive species Spartina alterniflora.

互花米草原产于美洲大西洋沿岸和墨西哥湾，因其保滩护岸功能被引入到我国，但令人意想不到的是互花米草入侵性非常强，2003年国家环境保护部已正式将互花米草纳入我国第一批外来入侵物种名单。黄河三角洲自1990年前后开始在孤东采油区北侧五号桩附近引种互花米草，至今已遍布潮间带，互花米草的疯狂蔓延已影响到黄河三角洲土著物种的生长和空间分布，例如：黄河口著名景观“红地毯”（碱蓬）已有近一半被互花米草入侵掉，引起了黄河三角洲国家级保护区管理局等部门的高度重视，迫切需要互花米草空间分布和扩散动态数据，但还没有一个有效的监测手段。.本项目拟利用无人机高光谱遥感这一新型技术手段，分析不同情形下（包括互花米草不同生长状况、不同观测条件、不同环境条件等）互花米草的光谱特征，建立鲁棒的互花米草检测模型，研究互花米草无人机高光谱图像高效获取方法，为亟需的外来入侵种互花米草业务化监测提供有效的技术手段。

互花米草原产于美洲大西洋沿岸和墨西哥湾，因其保滩护岸功能被引入到我国，但令人意想不到的是互花米草入侵性非常强，2003年已被纳入我国第一批外来入侵物种名单。黄河三角洲自1990年前后开始在孤东采油区北侧五号桩附近引种互花米草，至今已遍布潮间带，互花米草的疯狂蔓延已影响到黄河三角洲土著物种如“红地毯”（碱蓬）的生长和空间分布，引起了山东黄河三角洲国家级保护区管理局等部门的高度重视，迫切需要互花米草空间分布和扩散动态数据；然而，由于互花米草分布的潮间带区域现场进入困难——从陆上车下不去、从海上船上不来，黄河三角洲的互花米草监测一直是个难题。. 本项目利用无人机高光谱这一新型技术手段，结合现场调查数据，开展了黄河三角洲互花米草的遥感探测方法研究。在2017-2018年的互花米草生长季，共开展了 3次互花米草现场调查和无人机高光谱/多光谱观测实验，累计历时34天，获取了保护区互花米草、芦苇、盐地碱蓬等地物的地面光谱和无人机高光谱数据，建立了互花米草等典型地物光谱特征库；在此基础上，分析了互花米草与其它典型地物的光谱特征差异，构建了滨海湿地典型地物可分特征光谱范围表，并结合高光谱影像的波段参数设置，给出了应用于不同地物类型高光谱图像分类的特征波段；在互花米草检测方面，引入了深度学习方法，发展了融合浅层特征的深度卷积神经网络互花米草识别方法和基于多目标CNN模型决策融合的滨海湿地高光谱分类方法；最后，利用多源卫星遥感数据开展了黄河三角洲30多年来的互花米草入侵过程时空动态分析。. 项目实施过程中，本着“边研究，边应用”的原则，一直紧紧围绕解决实际应用需求问题来开展研究工作，本项目的部分研究成果已成功应用到山东黄河三角洲国家级自然保护区管理局业务工作中，为保护区互花米草的监测及防治提供了有效的技术手段和数据支撑。