1、1462023年 第53卷 第2期收稿日期：2022-06-30基金项目：金昌市林业和草原局祁连山区垂起固定翼无人机草原巡测社会化服务项目（甘林草函2020789号）。作者简介：黄吉平，畜牧师，主要从事草原技术推广工作。E-mail：无人机遥感技术在草原生态监测中的应用黄吉平（金昌市草原技术推广服务中心，甘肃金昌737100）摘要：无人机遥感技术在获取空间遥感信息时具有高效、低耗、快速、自动化等优点。本研究将地面监测与无人机遥感技术相结合，对永昌县境内祁连山沿山区草原植被及植被类型进行调查。通过分析草原无人机巡测优势，发现无人机巡测效率更高、巡测面积更大，更适合地况繁杂的山区草原监测，同时通过
2、模型进行准确测算并建立草原各类植物生长及产量的数字模型，在一定程度上可提高草原产量评估准确率，为保护草原生态系统多样性及稳定性提供更加可靠的依据。关键词：无人机遥感技术；永昌县；草原监测；草原生态系统中图分类号：TP79；S812文献标识码：A文章编号：1006-799X（2023）02-0146-03无人机遥感技术作为继传统航空、航天遥感之后的第三代遥感技术，已广泛运用于各种领域，如资源调查、地图测绘、森林病虫害防护与监测、自然灾害监测与评估等。研究发现，近年来无人机遥感技术发展迅速，已在草地植被盖度估算、生物量估算、草地类型划分和草地灾害监测等方面成功应用。为进一步全面、准确掌握永昌县祁连
3、山区域草原植被生长状况，健全和完善祁连山国家级自然保护区生态保护制度，全面贯彻落实自然保护区生态保护政策，利用无人机遥感技术对永昌县区域内草原类型、植被盖度、生产能力、有害生物分布等情况进行监测。巡测区域概况根据金昌市草原分布特征，选取草原类型多元化的永昌县作为研究区域，该区域植被以草本植物为主，裸露面积较大，人工监测难度较大。依据不同草原类型布设巡测样点，巡测样点位于新城子镇、焦家庄镇、南坝乡、东寨镇。巡测流程与分析方法2.1巡测流程本次巡测使用垂起固定翼无人机、多光谱相机和正射照相机等设备，巡测流程如下：巡测区域设定飞行轨迹设定代表性区域实测多光谱仪采样取样分析数据录入多光谱成像仪挂载无人
4、机飞行地面数据录入、采集后期数据分析提供多光谱成像图片。2.2分析方法2.2.1植被覆盖度估算主要利用像元二分模型。该模型假设地表像元有2种类型组成：植被草原草业DOI:10.15979/62-1064/s.2023.02.0202023年 第53卷 第2期147覆盖与无植被覆盖。其中像元的植被覆盖度为植被覆盖地表占总像元的百分比。选用最常用的NDVI，即归一化植被指数作为植被覆盖度遥感监测的植被指数。NDVI具有与植被覆盖度相关性好、监测范围宽、监测灵敏度高、能消除地形与群落结构的阴影和辐射干扰等优点。使用遥感影像处理软件ENVI计算每影像的NDVI值及概率分布，并根据每影像特征确定其置信区
5、间。根据遥感影响特征对巡测区域的植被覆盖度划分等级，覆盖度60%为高覆盖度，30%60%为中覆盖度，10%30%为低覆盖度，10%为极低覆盖度，接近或等于0为无植被地段。2.2.2鲜草产量估算通过地面监测和遥感监测相结合的方法，运用遥感反演模型结合多光谱影像图推算地面植被覆盖度，结合多次巡测区域面积，通过软件建立草场鲜草产量与遥感资料间的关系模型，进行天然草原鲜草产量估算，得出草产量初值，再综合地面监测数据、实地样方监测数据，得出最终鲜草产值。2.2.3鼠洞密度估算根据草原鼠荒地治理技术规范（NY/T12402006），运用调查统计公式，即有效洞口密度（个/hm2）=堵洞24h后掘开洞口数（个
6、）/面积（hm2）（地面鼠），确定鼠洞密度。对比正射影像图，叠加人工目视解译结果，选定鼠害程度严重的重点区域，通过软件计算出重点区域面积，并结合实地观测的数据进行综合估算。结合人工实地监测，确定重点区域有效鼠洞数量，根据重点区域面积，换算鼠害严重区域有效鼠洞密度，并按照草原主要害鼠危害分级表的规定，确定巡测区域的鼠害危害程度。3结果与分析3.1新城子镇矿山修复区域该巡测区域为温性草原，主要植被类型为早熟禾，植被结构为草本型。草群平均高度13cm，草原综合植被盖度79%。其中，优势草种为早熟禾和针茅，占比57.3%；其他可食牧草有蒿草、三叶委陵菜等，占比17.7%；毒害草有黄花棘豆、醉马草，占比
7、2.3%，未见大面积入侵现象。鲜草产量结合多光谱影像与地面采样综合分析，为681.6754.35kg/hm2，产量较高。鼠害程度轻，有效鼠洞数量为300375个/hm2。在矿山人工修复治理区域选取的2块样方中，左侧样方植被覆盖度为89%，右侧样方植被覆盖度为76%。通过正射影像图未发现这2块样方有鼠害迹象。3.2焦家庄镇草原区域该巡测区域为温性草原，主要植被类型为针茅、蒿草和披碱草，植被结构为山地草甸。草群平均高度10cm，草原综合植被盖度68%。其中，优势草种为蒿草，占比58%；其他可食牧草有三叶委陵菜、青海苜蓿等，占比8.3%；毒害草有女娄菜，占比不到1%，未见大面积入侵现象。鲜草产量结合
8、多光谱影像与地面采样综合分析，为581.1656.1kg/hm2，产量较高。鼠害程度轻，有效鼠洞数量为180255个/hm2。3.3永昌县新城子镇区域草原该巡测区域为温性草原，主要植被类型为针茅，植被结构为草本型。草群平均高度6cm，草原综合植被盖度52.5%，植被覆盖度中等。其中优势草种为针茅，覆盖度占比35.7%；其他可食牧草有蒿草、三叶委陵菜等，覆盖度占比13%；毒害草有黄花棘豆、醉马草，覆盖度占比1.7%，未见大面积入侵现象。鲜草产量结合多光谱影像与地面采样综合分析，为360.9435.9kg/hm2，产量较低。鼠害程度中等，有效鼠洞数量为375450个/hm2。3.4东寨镇草原生态治
9、理修复项目区域该巡测区域为温性草原，主要植被类型为针茅、老芒麦和披碱草，植被结构为草本型。草群平均高度7cm，草原综合植被盖度45%，植被覆盖度较低。其中优势草种为针茅、老芒麦、披碱草，覆盖度占比31.3%；其他可食牧草有栉叶苜、紫苑等，覆盖度占比12.3%；巡测区域未见毒害草迹象。鲜草产量结合多光谱影像与地面采样综合分析，为316.8391.8kg/hm2，产量低。鼠害程度中等，有效鼠洞数量为450525个/hm2。3.5南坝乡区域草原该巡测区域为温性草原，主要植被为针草原草业1482023年 第53卷 第2期茅，植被结构为草本型。草群平均高度8cm，草原综合植被覆盖度62.5%，植被覆盖度
10、较高。其中优势草种为针茅，覆盖度占比47.3%；其他可食牧草有蒿草、三叶委陵菜等，覆盖度占比12.7%；巡测区域未见毒害草迹象。鲜草产量结合多光谱影像与地面采样综合分析，为666.9741.9kg/hm2，牧草产量较高。鼠害程度轻，有效鼠洞数量为270345个/hm2。结合上述5处具有代表性的草原数据可知，永昌县境内祁连山沿山区域草原主要为温性草原，主要植被有针茅、早熟禾、蒿草、老芒麦、披碱草，植被结构为草本型。草群平均高度9cm，植被平均覆盖度61.4%，植被覆盖度较高。其中优势草种为针茅、早熟禾、老芒麦、披碱草，平均覆盖度占比45.9%；其他可食牧草有栉叶苜、紫苑等，平均覆盖度占比12.8
11、%；毒害草有黄花棘豆、醉马草、女娄菜，平均覆盖度占比1%，未见毒害草大面积入侵现象。平均鲜草产量为521.40595.95kg/hm2，牧草产量较高。整个区域内鼠害程度轻，有效鼠洞数量为315390个/hm2。4结论与讨论本次垂起无人机巡测飞行作业，搭载正射相机和多光谱仪对永昌县境内祁连山沿山区草原人工监测区域进行鼠洞、草地植物盖度和鲜草产量等指标监测，相较依靠人工现场取样勘察、常年观测数据采集，具有如下应用优势：一是垂起无人机巡测效率更高、巡测面积更大，可为草原普查工作提供更高效的技术支撑；二是对人迹罕至、环境恶劣的高寒、荒漠区域以及地况繁杂的山区复合草地进行草原监测、巡测时，垂起无人机遥感
12、的使用能够让放牧过程一目了然，也可以通过模型准确测算放牧数量，同时结合北斗定位系统明确放牧轨迹，从而对草畜平衡状况进行准确评估；三是基于草原生态系统的空间变异性和异质性，卫星遥感技术易受辐射和光照等影响，垂起无人机巡测能够获取目标区域长时间序列的高分辨率影像数据，采用相应的指数和模型提取草地生物量、质量及草地类型的空间分布格局；四是利用垂起无人机巡测，建立监测草原各类植物生长及产量的数字模型，可以一定程度上提高草原产量评估准确率；五是垂起无人机搭载多光谱成像仪可以用来建立精准的草原光谱分布图，从而提高草势生长预测准确率；六是垂起无人机搭载多光谱相机能够精确抽样拍摄23cm分辨率的航测图，以获取
13、鼠洞空间分布、密度及危害程度，可以为灭鼠提供科学参考数据，并建立模型预测鼠害蔓延趋势，从而及时采取有效措施进行防控；七是垂起无人机搭载正射相机，可以实时对围栏、饲草料基地、牧民定居等定期巡查、测算围栏面积、评估围栏设施现状；及时巡查草原征占用区域变化情况，为工矿企业征占用地管理、非法开垦草原执法取证等提供技术支持；八是草原灾害通常发生在人烟稀少、道路难至的区域，且多为突然发生，蔓延速度极快，所以人工实地踏勘的限制因素较多。传统遥感技术不能对草原灾害发生程度、变化趋势进行及时分析与准确判断，只能间接依靠植被变化从宏观上反映情况，而无人机系统没有这些限制，能够及时了解灾情、科学指挥救灾及评估灾情等。5展望无人机遥感技术优势较多，精确性高，建议将无人机遥感巡测常态化，每年选择具有代表性的草原区域，每隔一定时间在一定区域内进行无人机遥感巡测，保证数据的连贯性及对比性；扩大巡测区域，使获取的数据更全面、更准确，为草原治理工作提供科学有效的数据支持；通过无人机获取多光谱图、正射影像和红外影像等数据，分析后建立成像图并结合人工实地调查，为草原系统管理提供科学全面的数据库和技术理论支持；在高海拔地区利用无人机系统，对目标区域的环境及资源进行全天候、高频次的监测，从而更好地维护保护区的自然生态环境。草原草业（编辑：李娜）