一种基于无人机的山地植被垂直带调查监测方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于山地植被类型结构监测领域，更具体地，涉及一种基于无人机的山地植被垂直带调查监测方法。
【背景技术】
[0002]山地植被垂直带是指山地植被类型随海拔增高而表现出一定顺序和排列结构的垂直分异现象。山地植被垂直带既是山地环境结构的基本特征，也是地学研究的经典范式之一，现今仍是山地环境监测及科学研究的重要内容。
[0003]目前，山地植被垂直带信息获取主要有人工实地调查、卫星遥感监测两种方式。其中传统山地植被垂直带信息获取方法主要为沿山体垂向布设线路进行人工实地调查，识别统计植被类型，测量不同植被带上下限的海拔高度。由于山地地形地貌复杂、地表覆被类型多样，往往可达性较差，人工调查工作量大、调查范围小、调查线路常受到限制，调查结果往往代表性不足，并且工作中容易发生人身危险。
[0004]山地植被垂直带卫星遥感方法主要通过遥感影像识别植被水平分布信息，进而叠加高程数据获取植被垂直带的垂向信息。而山区往往地形起伏大，植被类型复杂多样且垂向异质性明显，较小的水平距离常对应较大的垂直高差和多个植被垂直带。因此，山地垂直植被带卫星遥感存在混合像元现象突出、植被带识别难度大、植被带界线高程定位精度低等问题。
[0005]无人机作为一种小型的飞行器，其飞行线路灵活，部署方便，可搭载多种传感器，已在生态环境监测领域得到较多应用。然而，目前无人机系统多侧重俯视垂向拍照或摄像，获取数据多为地表水平向延展图像，缺乏专门针对山地垂向信息的探测系统，现尚无基于无人机的山地植被垂直带监测系统及方法。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于无人机的山地植被垂直带调查监测方法，旨在解决现有技术中山地垂直植被带卫星遥感存在混合像元现象突出、植被带识别难度大和植被带界线高程定位精度低的问题。
[0007]本发明提供了一种基于无人机的山地植被垂直带调查监测方法，包括下述步骤:
[0008]SI:确定调查时间、调查方式和调查精度；
[0009]根据不同季节植被物候特征确定调查时间，选择不同植被带的色调和纹理在遥感影像上易区分的时节开展调查;所述调查方式包括程控作业方式和无线电遥控作业方式；所述调查精度根据具体调查任务要求而定；
[0010]S2:若调查方式为程控作业方式，则规划航线并按预定航线自动监测，获得监测数据;若调查方式为无线电遥控作业方式，则手动遥控飞行器进行影像拍摄，获得监测数据；
[0011]所述航线包括:保持飞行器-山体坡面水平固定距离顺坡延伸和保持飞行器-山体坡面水平固定距离水平向延伸；
[0012]S3:对监测数据中的每副图像进行空间校正处理，实现图像的空间拼接;并利用不同植被带在遥感影像上的光谱、纹理结构差异进行目视解译或计算机自动分类，识别植被垂直带界线;通过地理信息系统完成植被垂直带结构的统计量测分析和结果输出。
[0013]更进一步地，步骤S2中，当调查方式为程控作业方式时，飞行器根据规划的调查航线自动飞行，飞行器搭载的多光谱成像仪在飞行器飞行过程中，自动连续拍摄影像。
[0014]更进一步地，多光谱成像仪保持水平姿态拍摄影像，拍摄方位角为垂直山体走向。
[0015]更进一步地，多光谱成像仪所拍摄图像中相邻图像保持3%以上的重叠度。
[0016]更进一步地，步骤S2中，当调查方式为无线电遥控作业方式时，通过地面控制站对飞行器进行手动遥控飞行控制；飞行器升空后，利用激光测距仪实时测量飞行器和山体间的水平距离，利用CCD摄像头实时拍摄视频影像。
[0017]更进一步地，根据实时视频影像观察飞行器飞行环境，遥控飞行器避开可能的障碍;根据激光测距仪数据，遥控飞行器使其与山体保持预定水平距离。
[0018]更进一步地，利用云台调整多光谱成像仪姿态，使多光谱成像仪保持水平并垂直山体走向拍摄影像。
[0019]更进一步地，多光谱成像仪顺序拍摄影像，所拍摄图像中相邻图像保持3%以上的重叠度。
[0020]本发明的优点是:省时省力，无需调查监测人员在山地中上下攀爬采样定位;可达性好，不受人工调查中的实际线路限制，调查结果代表性更好;能够减少山地野外调查工作中的人身危险;调查结果采用图像分析技术处理，垂直植被带识别精度高，定位更为准确。
【附图说明】
[0021]图1为本发明提供的一种基于无人机的山地植被垂直带调查监测系统的结构示意图；
[0022]图2为本发明提供的一种基于无人机的山地植被垂直带调查监测方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]本发明属于山地植被类型结构监测领域，具体涉及一种基于无人机的山地植被垂直带调查监测系统及方法。本发明的目的在于针对现有山地植被垂直带调查监测技术中，人工作业工作量大、调查线路常受限以及卫星遥感植被带界线高程定位精度低的不足，提供一种基于无人机的山地植被垂直带监测系统及方法。该系统及方法能监测山地植被类型垂向变化，识别垂直带垂向结构信息，测量不同植被带上下限高度，并可调查植被垂直带的水平延伸格局，实现山地植被垂直带信息的定量提取。
[0025]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0026]—种基于无人机的山地植被垂直带监测系统及方法，该系统由地面控制站、飞行拍摄系统及图像处理分析系统三部分组成。其中飞行拍摄系统由飞行器、通讯系统、卫星导航系统、云台、遥感传感器五部分组成。
[0027]飞行器可采用固定翼、多旋翼或直升机多种类型，优选多旋翼飞行器。所述通讯系统、卫星导航系统安装于飞行器上，遥感传感器通过云台搭载于飞行器上。遥感传感器主要包括:多光谱成像仪、CCD摄像头、激光测距仪。多光谱成像仪用于获取目标的高光谱分辨率图像，CCD相机用于拍摄植被真彩色图片，CCD摄像头用于在飞行过程中录制视频，激光测距仪用于测量飞行器和山体之间的距离。
[0028]云台可实现供所搭载的传感器在飞行器飞行过程中进行水平向360°旋转探测。
[0029]地面控制站包括电脑、无线通讯装置、姿态控制装置，可实时控制飞行器的飞行状态，并实时显示遥感传感器获取的图像与视频监测结果。
[0030]所述图像处理分析系统包括电脑以及遥感图像分析软件，可实现多光谱成像仪及CCD相机所获取垂向图像的输入输出、几何校正、空间拼接、光谱分析、图像分类、统计量测等功能。
[0031 ]本发明还提供一种基于无人机的山地植被垂直带监测方法，包括以下步骤:
[0032](I)确定调查时间、调查方式和调查精度;其中，根据不同季节植被物候特征确定调查时间，选择不同植被带的色调和纹理在遥感影像上易区分的时节开展调查。调查方式主要分为程控作业方式和无线电遥控作业方式。调查精度依据具体调查任务要求而定，对于植被垂直带调查，一般要求多光谱成像仪拍摄影像中心像元的空间分辨率不小于10米。根据调查任务精度要求以及多光谱成像仪具体性能参数，确定调查任务中飞行器与山体间的水平距离。
[0033](2)选择开展程控作业，规划航线并按预定航线自动监测。采用航线设计软件规划航线，航线主要分为保持飞行器-山体坡面水平固定距离顺坡延伸和保持飞行器-山体坡面水平固定距离水平向延伸两种。其中，飞行器根据规划的调查航线自动飞行，飞行器搭载的多光谱成像仪在飞行器飞行过程中，自动连续拍摄影像。多光谱成像仪保持水平姿态拍摄影像，拍摄方位角为垂直山体走向。多光谱成像仪所拍摄图像中相邻图像保持3%以上的重叠度。
[0034](3)选择开展无线电遥控作业，手动遥控飞行器进行影像拍摄;其中，调查人员利用地面控制站对飞行器进行手动遥控飞行。飞行器升空后，利用激光测距仪实时测量飞行器和山体间的水平距离，利用CCD摄像头实时拍摄视频影像。根据实时视频影像观察飞行器飞行环境，遥控飞行器避开可能的障碍;根据激光测距仪数据，遥控飞行器使其与山体保持预定水平距离;利用云台调整多光谱成像仪姿态，使多光谱成像仪保持水平并垂直山体走向拍摄影像。多光谱成像仪顺序拍摄影像，所拍摄图像中相邻图像保持3%以上的重叠度。
[00