【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及遥感监测和树木疾病防治，具体为一种造林林木存活维护方法及系统。
技术介绍
1、目前，森林生态系统面临着前所未有的挑战，传统的林木健康监测手段大多依赖人工巡检，存在效率低、成本高、难以全面覆盖等问题。
2、近年来，遥感技术尤其是无人机高光谱成像技术在林业领域的应用取得了显著进展。高光谱成像能够提供丰富的光谱信息，通过对这些信息的分析，可以有效地评估植物的生理状态。结合机器学习和人工智能技术，不仅可以实现对林木健康的实时监测，还能预测潜在的疾病风险，这对于森林资源管理和保护具有重要意义。
3、虽然已有一些基于遥感技术的林木健康监测方法，但大多数方法仍然存在一些局限性。
4、例如，现有的公开号为cn112634212a的中国专利公开了一种基于高光谱无人机的病害潜伏树检测方法及系统，该方法包括将已感染病害的林区作为样本区域，随机选定多株样本植株；定期进行叶片采集，获取叶片的光谱数据，判断每株样本植株的健康状态，结合样本区域的卫星遥感图像确定病害胁迫区域，对样本植株的病害类型进行识别；建立病害数据模型；确定目标区域，采集目标区域的高光谱图像；对高光谱图像进行预处理并输入病害数据模型，获得患病植株检测结果。基于前期采集的样本数据建立病害数据模型，利用无人机搭载高光谱相机进行现场数据采集，并利用病害数据模型，实现患病植株的检测，为利用高光谱遥感技术进行大规模林木病虫害发生动向、病情监测和预警提供了数据支持。
5、上述方法的自动化程度较差，现有技术中仍存在许多问题，例如对林木个体的识
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种造林林木存活维护方法及系统，以解决上述
技术介绍
中提出的现有的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种造林林木存活维护方法，包括以下步骤：
3、s1、通过无人机采集林区冠层高光谱图像，并设置林区波段敏感组合策略，得到单棵植株叶绿素浓度表征值；
4、s2、结合图像的光谱特性和植株的直接标识进行林区区域划分；
5、s3、设置监测窗口捕获分区边界的详细图像信息，根据划分的林区区域对所述监测窗口进行窗口区域划分，定位初始危险窗口区域；
6、s4、将所述初始危险窗口区域依照区域扩展逻辑进行窗口区域扩展，结合时序图像，判断中心区域疾病对周围树木的影响趋势，向工作人员发出预警。
7、本专利技术进一步改进在于，所述林区波段敏感组合策略具体步骤包括：
8、s11、通过叶绿素仪测量林区样本植株的叶绿素浓度，列入叶绿素浓度样本集中；
9、s12、设置叶绿素敏感波段组合策略，提取叶绿素表征波段组合；
10、s13、通过所述叶绿素表征波段组合，得到林区所有像素的叶绿素浓度表征值；
11、s14、通过所述叶绿素浓度表征值划分林区内单棵植株的区域，得到每棵植株的叶绿素浓度表征值。
12、本专利技术进一步改进在于，所述叶绿素敏感波段组合策略具体步骤包括：
13、s121、提取所述林区冠层高光谱图像中所有像素的近红外波段反射率数据集、红光波段反射率数据集和绿光波段反射率数据集，其中，表示第a个近红外波段反射率，表示第b个红光波段反射率，表示第c个绿光波段反射率，a表示近红外波段数量，b表示红光波段数量，c表示绿光波段数量；
14、s122、建立叶绿素敏感波段组合集合，其中第一叶绿素敏感波段组合，第二叶绿素敏感波段组合，第三叶绿素敏感波段组合；
15、s123、计算叶绿素浓度表征值：
16、；
17、其中，表示第二叶绿素敏感波段组合的权重，表示第一叶绿素敏感波段组合的权重，表示第三叶绿素敏感波段组合的权重；
18、s124、设置叶绿素表征波段提取算法，通过计算样本植株区域的叶绿素浓度与叶绿素浓度表征值的相关系数，选取波段组合。
19、本专利技术进一步改进在于，所述叶绿素表征波段提取算法具体步骤包括：计算样本植株区域的叶绿素浓度与叶绿素浓度表征值的相关系数，计算公式为：
20、；
21、其中，函数表示相关系数，函数表示最大的光谱波段组合，achl表示所有样本植株叶绿素浓度均值，表示所有样本植株的叶绿素均值，得到叶绿素表征波段组合，表示波段组合数量。
22、本专利技术进一步改进在于，所述s14包括设置叶绿素表征阈值，提取林区所有像素的叶绿素浓度表征值中大于所述叶绿素表征阈值的像素，并进行连通组件分析，设置组件大小阈值，在标记的连通组件中，选择大于组件大小阈值的组件来选择代表林区内单棵植株的区域。
23、本专利技术进一步改进在于，所述林区区域划分包括提取步骤s1中林区内单棵植株的像素数量，设置像素数量阈值tpi1,、tpi2、tpi3，根据像素数量阈值，将林区内单棵植株进行分类，将所述林区冠层高光谱图像左上角植株作为第一初始遍历植株，以第一初始遍历植株为半径开始遍历所有植株，并随之计算遍历过的植株的像素的均值，查看该均值所属的类别，直至遍历至与该均值不属于同一类别的植株，停止遍历，将遍历过的植株与第一初始遍历植株一起列为第一植株区域；定位导致停止遍历的植株作为第二初始遍历植株，再次以与上述同样的方式开始遍历，得到第二植株区域，直至遍历完所有植株，得到第n植株区域。
24、本专利技术进一步改进在于，设置监测窗口捕获分区边界的详细图像信息包括：定义监测窗口的大小为h×w；通过将监测窗口中心点与连接点重合的方式遍历所有区域的连接点，通过不同区域的连接线对监测窗口进行区域划分，计算不同监测窗口分区内的所有植株叶绿素浓度表征值的均值，提取叶绿素浓度表征值的均值的最大值对应的窗口分区，作为初始危险窗口区域。
25、本专利技术进一步改进在于，所述区域扩展逻辑根据树木疾病传播特性设置，具体步骤包括：采集历史风速数据和同期植株间疾病传播数据，得到任一个月的平均风速数据和同期每日患病植株数量，建立回归模型：，得到风速影响系数，其中，表示疾病传播指标，通过计算同期月份最后一天与第一天的患病植株数量之差得到，表示同期月份的每日平均风速，是截距项，表示误差项；采集历史风向与疾病传播方向的夹角，记为风向影响角度；计算窗口扩展系数，得到第危险窗口范围：
26、；
27、其中，表示窗口的扩展次数。
28、本专利技术进一步改进在于，所述区域扩展逻辑还包括：通过所述第危险窗口范围得到第一危险窗口范围，计算第一危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值，设置叶绿素表征变化标准值，当第一危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值与初始危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值的差值小于或等于所述叶绿素表征变化标准值时，再次扩展窗口，得到第二危险窗口范本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种造林林木存活维护方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述林区波段敏感组合策略具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述叶绿素敏感波段组合策略具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述叶绿素表征波段提取算法具体步骤包括：计算样本植株区域的叶绿素浓度与叶绿素浓度表征值的相关系数，计算公式为：
5.根据权利要求4所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述S14包括设置叶绿素表征阈值，提取林区所有像素的叶绿素浓度表征值中大于所述叶绿素表征阈值的像素，并进行连通组件分析，设置组件大小阈值，在标记的连通组件中，选择大于组件大小阈值的组件来选择代表林区内单棵植株的区域。
6.根据权利要求5所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述林区区域划分包括：提取步骤S1中林区内单棵植株的像素数量，设置像素数量阈值Tpi1,、Tpi2、Tpi3，根据像素数量阈值，将林区内单棵植株进行分类，
7.根据权利要求6所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述设置监测窗口捕获分区边界的详细图像信息包括：定义监测窗口的大小为H×W；通过将监测窗口中心点与连接点重合的方式遍历所有区域的连接点，通过不同区域的连接线对监测窗口进行区域划分，计算不同监测窗口分区内的所有植株叶绿素浓度表征值的均值，提取叶绿素浓度表征值的均值的最大值对应的窗口分区，作为初始危险窗口区域。
8.根据权利要求7所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述区域扩展逻辑根据树木疾病传播特性设置，具体步骤包括：采集历史风速数据和同期植株间疾病传播数据，得到任一个月的平均风速数据和同期每日患病植株数量，建立回归模型：，得到风速影响系数，其中，表示疾病传播指标，通过计算同期月份最后一天与第一天的患病植株数量之差得到，表示同期月份的每日平均风速，是截距项，表示误差项；采集历史风向与疾病传播方向的夹角，记为风向影响角度；计算窗口扩展系数，得到第危险窗口范围：
9.根据权利要求8所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述区域扩展逻辑还包括：通过所述第危险窗口范围得到第一危险窗口范围，计算第一危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值，设置叶绿素表征变化标准值，当第一危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值与初始危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值的差值小于或等于所述叶绿素表征变化标准值时，再次扩展窗口，得到第二危险窗口范围，并再次计算第二危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值与初始危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值的差值，直至第危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值与初始危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值的差值大于叶绿素表征变化标准值时或第危险窗口范围边超出监测窗口边缘时，停止扩展。
10.根据权利要求9所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述向工作人员发出预警的判断规则包括：当第危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值与初始危险窗口范围内所有植株叶绿素浓度表征值均值的差值大于叶绿素表征变化标准值时，提取第危险窗口范围内满足条件{第危险窗口-第危险窗口∩第危险窗口}范围内叶绿素浓度表征值最小的植株，作为疾病传播中心区域，对疾病传播中心区域以窗口扩展系数为半径对工作人员发出预警；当第危险窗口范围边超出监测窗口边缘时，取初始危险窗口区域内叶绿素浓度表征值最小的植株，作为疾病传播中心区域，对疾病传播中心区域以窗口扩展系数为半径对工作人员发出预警。
11.一种造林林木存活维护系统，用于实现如权利要求1-10任意一项所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种造林林木存活维护方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述林区波段敏感组合策略具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述叶绿素敏感波段组合策略具体步骤包括：
4.根据权利要求3所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述叶绿素表征波段提取算法具体步骤包括：计算样本植株区域的叶绿素浓度与叶绿素浓度表征值的相关系数，计算公式为：
5.根据权利要求4所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述s14包括设置叶绿素表征阈值，提取林区所有像素的叶绿素浓度表征值中大于所述叶绿素表征阈值的像素，并进行连通组件分析，设置组件大小阈值，在标记的连通组件中，选择大于组件大小阈值的组件来选择代表林区内单棵植株的区域。
6.根据权利要求5所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述林区区域划分包括：提取步骤s1中林区内单棵植株的像素数量，设置像素数量阈值tpi1,、tpi2、tpi3，根据像素数量阈值，将林区内单棵植株进行分类，将所述林区冠层高光谱图像左上角植株作为第一初始遍历植株，以第一初始遍历植株为半径开始遍历所有植株，并随之计算遍历过的植株的像素的均值，查看该均值所属的类别，直至遍历至与该均值不属于同一类别的植株，停止遍历，将遍历过的植株与第一初始遍历植株一起列为第一植株区域；定位导致停止遍历的植株作为第二初始遍历植株，再次以与上述同样的方式开始遍历，得到第二植株区域，直至遍历完所有植株，得到第n植株区域。
7.根据权利要求6所述的一种造林林木存活维护方法，其特征在于：所述设置监测窗口捕获分区边界的详细图像信息包括：定义监测窗口的大小为h×w；通过将监测窗口中心点与连接点重合的方式遍历所有区域的连接点，通过不同区域的连接线对监测窗口进行区域划分，计算不同监测窗口分区内的所有植株叶绿素浓度表征值的均值，提取叶绿素浓度表征值的均值的最大值对应的窗口分区，作为初始危险窗口区域。
8.根据权利要求7所述的一种造林林木存活维护...
【专利技术属性】
技术研发人员：方炎杰，张超，高洪娣，陶晶，杨绍钦，方国景，许澄，陆昊珉，诸葛刚，俞佳骏，徐天乐，李赟，汪旭婷，徐乾斌，朱敏，
申请(专利权)人：浙江省森林资源监测中心浙江省林业调查规划设计院，
类型：发明
国别省市：
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