高光譜-LiDAR應用于Natura2000自然保護區(qū)棲息地監(jiān)測

  Natura 2000自然保護區(qū)網(wǎng)絡是歐盟成員國共同制定的自然與生物多樣性保護行動綱領，旨在保護野生動植物物種及其棲息地，其中河谷草地是最重要的自然棲息地保護類型，也是受到人類開發(fā)、氣候變化等威脅最嚴重的棲息地類型。根據(jù)歐盟綱領要求，成員國每6年必須給出Natura 2000保護地監(jiān)測報告，傳統(tǒng)的地面監(jiān)測調(diào)查花費大量的人力物力財力，也往往只能進行局部的以點代面式的信息，而且有些難以到達的地區(qū)會成為監(jiān)測空白。隨著高光譜成像技術、LiDAR激光掃描技術的發(fā)展，及航空遙感、無人機遙感技術的發(fā)展，高時空分辨率高光譜信息及LiDAR微地形地貌信息融合棲息地景觀生態(tài)監(jiān)測成為可能。

波蘭華沙大學等研究人員采用高光譜-LiDAR航空遙感技術對Natura 2000波蘭河谷保護區(qū)半自然草地進行了監(jiān)測研究。研究選取了BN、BG1、BG2三個具有高度多樣化河流微地貌特征的區(qū)域。高光譜成像獲取植物的光譜數(shù)據(jù)并描述不同的植被特征和狀態(tài)(如:植被脅迫、葉綠素/氮濃度、水分含量、覆蓋度等)，而激光雷達數(shù)據(jù)可以將具有相似光譜特征的非棲息地的植被區(qū)域和天然草地區(qū)域區(qū)分開。研究人員采用遞歸特征消除(RFE)與隨機森林(RF)分類相結合的方法，以評估其在提取高光譜和激光雷達的主要特征參數(shù)方面的潛力，將RFE-RF應用于多次采集的高光譜-LiDAR數(shù)據(jù)中，使用在三個研究區(qū)域中選擇的24個*特征進行分類，即可代表與所研究的棲息地和風景地貌的高度多樣化密切相關的特征，可獲得相當高的分類結果(K約為0.7-0.77，棲息地的F1準確度約為0.8- 0.85），實現(xiàn)了對高維數(shù)據(jù)集高效的分析處理和分類。

研究人員還在春末、夏季和初秋，使用機載高光譜成像和激光雷達采集數(shù)據(jù)，對位于波蘭南部西里西亞高地Natura 2000保護地的非森林植物群落兩種本土擴張草Calamagrostis epigejos和Molinia caerulea在不同生長階段的分布情況，進行了研究分析，結果表明，從光譜特征中可以更好地識別與其他物種共存的C. epigejos，說明該物種在干旱和潮濕生境中均有分布。對M. caerulea沒有觀察到這一特點，這證實了它對潮濕地區(qū)的偏好。該數(shù)據(jù)集結果顯示這兩個物種的最佳識別期如下，M. caerulea的最高中值Kappa在8月為0.85(F1=0.89)，而C. epigejos在9月為0.65(F1=0.73)（研究結果參見上右圖）。

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