遙感影像在春尺蠖監(jiān)測中的簡單應(yīng)用及探討

王峰

摘要：在林業(yè)病蟲害防治工作的實踐過程中發(fā)現(xiàn)，通過谷歌歷史地圖下載相關(guān)林地特定時間段內(nèi)的歷史遙感影像，可以有效地用于監(jiān)測以春尺蠖為典型代表的食葉害蟲為害情況。通過幾年的實踐應(yīng)用經(jīng)驗，總結(jié)了一套有效的方法，可用于春尺蠖發(fā)生情況的調(diào)查評估，可依據(jù)計算測定為害程度并對下一年度為害發(fā)生程度進行預(yù)測預(yù)報。歸納了把最新衛(wèi)星遙感影像便捷高效地用于輔助飛機防治林業(yè)有害生物工作的方法，對遙感技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)有害生物防治相關(guān)工作作了簡要的分析與展望。

關(guān)鍵詞：遙感;林業(yè)病蟲害;春尺蠖;監(jiān)測預(yù)報

在從事林業(yè)病蟲害的監(jiān)測防治工作中，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星歷史地圖可用于分析受春尺蠖為害林地的相關(guān)情況，總結(jié)了一種簡單的數(shù)值化分析方法，可以用于春尺蠖的監(jiān)測預(yù)報工作并經(jīng)4年實際工作應(yīng)用，得到較好的驗證，能對春尺蠖的發(fā)生情況進行相應(yīng)的監(jiān)測預(yù)報。

1 監(jiān)測春尺蠖發(fā)生情況的技術(shù)方法

1.1圖像處理

用谷歌地圖下載林地圖片，使用Ps等圖像處理軟件，以最外側(cè)樹內(nèi)緣線為界，框選出明顯的林地外緣，選出林地，反選出非林地，對非林地填充數(shù)值為0的純黑色。對圖像做自動對比度處理或均一化處理，把圖像模式調(diào)整為8位灰度格式后另有為非失真的BMP或TIFF格式，此時圖像中林地中每一個像素點數(shù)字化為0-255的數(shù)值。結(jié)合實踐可知，數(shù)值越大，像素點越淺，林地被病蟲害為害的程度越重。

使用Image ProPlus 6軟件打開林地灰度圖，使用軟件中的“測量”一“位圖分析”工具得到圖像中所有像素點的灰度數(shù)值，并復(fù)制到粘貼板后輸出為Excel格式文件中。

1.2數(shù)據(jù)分析依據(jù)《LYT 1681-2006林業(yè)有害生物發(fā)生及成災(zāi)標準》及現(xiàn)場實地調(diào)查的歷史數(shù)據(jù)，取相近時間段內(nèi)典型未受害林地、輕度受害地塊、中度受害區(qū)塊、重度受害區(qū)塊各5塊的歷史影像分別使用上述方法計算像素點平均值做為典型值，最后取各類地塊平均灰度值中間數(shù)為分類邊界閾值。

據(jù)此，對相應(yīng)年度的春尺蠖為害盛期林地的地圖進行測量分類，劃分出受害程度，對下一年度的監(jiān)測防治做出相應(yīng)的預(yù)測和指導(dǎo)。選擇歷史地圖時間點應(yīng)盡量接近春尺蠖為害最嚴重時期，以盡可能減少誤差。

對于單個地塊可進一步分析其灰度值分布范圍，對其內(nèi)部不同受害程度進行分類統(tǒng)計。同時也可以直觀地從衛(wèi)星地圖上觀察其分布具體位置。根據(jù)所占百分比可計算其受害面積（表2）。

1.3成果應(yīng)用情況

2016-2019年在春尺蠖危害盛期前均嘗試使用本方法對相關(guān)林地進行監(jiān)測調(diào)查，有效監(jiān)測到即將發(fā)生的春尺蠖為害情況，提升了實地調(diào)查的針對性和準確性，較好地提升了監(jiān)測工作的效率。如表3所示，從2015-2019年累計使用上述方法調(diào)查林地52塊次，除2塊經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查為荒棄果園外，其余50塊次均能有效反映上年度受春尺蠖為害情況，總有效率為96.15%。地圖計算受害率與實地踏查情況符合率為84.00%。

1.4方法優(yōu)點分析

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對于中度和重度危害區(qū)塊，此方法符合率較高。相對于人工踏查，本方法彌補了特定時間段內(nèi)地面踏查可能存在疏漏，克服了地面踏查時沒有遍歷林地所有區(qū)域時發(fā)生漏查的情況發(fā)生。

衛(wèi)星影像可以長久保存、隨時核驗。計算機網(wǎng)上巡圖的方法節(jié)約人力成本，節(jié)省時間。歷史地圖免費使用，分辨率約0.3m，一些明顯的林地危害及變化情況肉眼可觀。

1.5存在問題與不足

衛(wèi)星地圖雖能有效地反映林地受害情況，但只能被動地接受歷史地圖中現(xiàn)有時間段點的遙感衛(wèi)星圖片，有的年份找不到相關(guān)地段為害盛期時間段內(nèi)的影像。受云、霧或霾的影響，有些影像質(zhì)量較差，嚴重影響分析質(zhì)量，甚至根本無法使用。

圖像處理的方法相對簡單粗放，林間空地、林木陰影、道路、死樹雜樹、雜物等對灰度值的計算存在一定影響。此方法只簡單使用了遙感影像中可見光波段信息，在為害發(fā)生中后期能較好地觀察并分析為害情況，對于病蟲害開始為害初期至為害盛期的發(fā)展變化尚不能敏感地反映出來。數(shù)據(jù)來源為谷歌歷史地圖，其通常數(shù)月甚至半年多后才更新相關(guān)區(qū)域地圖，基本無法用于當年的林業(yè)有害生物監(jiān)測和預(yù)報工作，只適用于當年的越冬基數(shù)調(diào)查和下一年度的監(jiān)測及防治指導(dǎo)。

1.6對本技術(shù)方法的總結(jié)

研究所述方法，彌補了人工實地調(diào)查的不足，通過在計算機上簡單分析衛(wèi)星遙感影像，就能較好地調(diào)查林地受害情況。通過觀察相關(guān)林地特定林業(yè)有害生物發(fā)生時期相關(guān)的衛(wèi)星圖像的變化，判斷病蟲害發(fā)生的情況、為害程度和范圍，預(yù)測下一自然年度暴發(fā)成災(zāi)的可能，并以此為依據(jù)指導(dǎo)下一年度地面監(jiān)測與防治工作。實地踏查是所有工作的基礎(chǔ)，也是落實監(jiān)測預(yù)報的根本方法和依托，應(yīng)當繼續(xù)深入扎實開展。

綜合以上情況，可以認為此種方法能較好地作為參考方法對監(jiān)測預(yù)報工作進行指導(dǎo)，可以作為傳統(tǒng)現(xiàn)場踏查方法的有效補充。

2 衛(wèi)星遙感地圖在飛機防治林業(yè)有害生物中的簡單應(yīng)用

筆者在2016-2017年參加飛機防治工作期間，為飛防工作準備了相關(guān)衛(wèi)星地圖和技術(shù)資料，并在衛(wèi)星圖像上提前標示出作業(yè)區(qū)域和飛機折返點、高壓線及明顯的地面參照標志物。經(jīng)2家公司的飛行員使用后反饋，認為最新的衛(wèi)星遙感地圖更新及時與現(xiàn)地情況符合得很好，能清楚直觀地顯示道路、林地等目標參照物，能明顯標示出高壓線等需要規(guī)避的危險目標。

與傳統(tǒng)行政地圖和普通地形圖相比，高分辨率遙感地圖能直觀標示出目標作業(yè)林區(qū)。飛行員不需引航員指領(lǐng)，單人攜帶衛(wèi)星圖就可以依據(jù)簡單GPS坐標指引，準確找到作業(yè)區(qū)域，可對重點危害區(qū)塊準確噴灑。

經(jīng)地面監(jiān)測飛行路徑顯示，飛防區(qū)域覆蓋率較往年有較好提高，減少尋找目標區(qū)域的時間，減少錯誤操作，配合保障了北京市林業(yè)保護站實施的精準施藥等技術(shù)的應(yīng)用，提升了飛防作業(yè)效率。在此后歷年的大興區(qū)飛防作業(yè)中本方法得到延續(xù)使用，發(fā)揮了良好的保障和配合作用。

3 遙感技術(shù)在林業(yè)工作中應(yīng)用探討

日常工作中僅使用了遙感影像可見光部分，技術(shù)層次低，有局限性。但此類方法仍有一定的實踐成果，如在天津薊州區(qū)就有運用衛(wèi)星地圖結(jié)合實地踏查的方法發(fā)現(xiàn)松材線蟲造成的單株松樹變色死亡的實例。

當前研究人員對于遙感技術(shù)在林業(yè)工作中的應(yīng)用更多采用多光譜和高光譜進行分析研究。如黃鐵成使用NDVI時間序列，分析春尺蠖在塔里木河流域發(fā)生時空變化規(guī)律;彭隆贊等指出紅邊波段葉綠素指數(shù)等可以在馬尾松毛蟲發(fā)生的早期就進行監(jiān)測。

我國高分一號16m免費數(shù)據(jù)、高分二號可提供1m分辨率5天重訪時間數(shù)據(jù)，高分六號有對植物健康非常重要的紅邊波段數(shù)據(jù)，可用于植物分類，與高分一號組網(wǎng)可提供更短的重訪時間。公益項目可免費申請高分系列衛(wèi)星的高分辨率數(shù)據(jù)。歐洲空間局哨兵二2號AB星座免費提供10m分辨率3-5天的重訪數(shù)據(jù)。

北京市林業(yè)保護站運用無人機遙感技術(shù)開展松材線蟲的調(diào)查項目。使用10cm成像精度在可見光、近紅外等多波段運用多光譜和高光譜技術(shù)、激光雷達技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，識別樹種分析疑似病株，并使用旋翼飛機后期核查疑似病死株，大大提升了調(diào)查效率和準確率，取得了良好調(diào)查效果。

綜上所述，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感信息的光譜分辨率、空間分辨率和時間分辨率均已經(jīng)大大提升。遙感應(yīng)用也從大范圍大區(qū)域危害發(fā)生后的定性分析轉(zhuǎn)向小班或更小級別地塊多數(shù)據(jù)源、多時相、多植被指數(shù)的在危害發(fā)生過程中近實時的定量分析。

遙感技術(shù)的應(yīng)用有了更廣闊的前景。在今后的工作中，基層林業(yè)技術(shù)人員可以繼續(xù)跟進遙感技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用趨勢，通過學(xué)習(xí)找到先進遙感技術(shù)與林業(yè)有害生物防治實踐工作的結(jié)合點，并結(jié)合購買社會化服務(wù)等方式開展具體應(yīng)用，為林業(yè)有害生物防治工作等開拓新的思路。