首页 > 分享 > 面向林业病虫害监测应用的高光谱激光雷达技术研究

面向林业病虫害监测应用的高光谱激光雷达技术研究

花匠小妙招
2024-09-15 10:22

科技成果名称：面向林业病虫害监测应用的高光谱激光雷达技术研究

关键词：高光谱激光雷达，系统研制，辐射定标，林业病虫害监测，应用示范

科技成果类型：引进消化吸收再创新

科技成果所处阶段：实验室研究

科技成果应用领域：农、林、牧、渔业

科技成果简介：近年来由于全球气候变暖、北京地区极端天气频发，林木病虫害发生的潜在威胁持续上升，这对北京市绿色景观完整性、生态安全、古树和文化遗产保护工作产生了威胁。发展非破坏性的绿色病虫害监测技术对保持北京市绿色景观和人文景观的完整性具有重要意义。

研究团队依托中科院空天院与芬兰地球空间所联合成立的“光电载荷信息获取与质量控制中芬联合实验室”（简称中芬联合实验室），充分利用中芬双方前期合作基础，通过引进芬方先进技术，研制可适用于林业病虫害监测、具备精准高效一体化获取林木三维结构-光谱信息的新一代高光谱激光雷达系统；研究可靠的高光谱激光雷达辐射定标方法，为高光谱激光雷达数据的定量化处理与应用提供支撑；探索基于高光谱激光雷达的林业病虫害监测方法，开展初步应用试验，为后续产业化奠定基础。

在北京市重点研发计划的支持下，课题组研制的新一代高光谱激光雷达系统，采用可调谐高光谱激光雷达技术方案，通过时间域上的信号调谐来完成不同波长的激光回波信息采集，一体化获取地物空间结构与光谱特征信息。该系统具备多回波探测能力，可在一个激光探元内获取多层光谱信息，可以很好地适应复杂林木结构监测需求，同时具有光谱分辨率高、光谱通道数多、探测距离远等特点。该系统的工作光谱范围为399.89nm至1099.11nm；谱段宽度优于19.05nm；光谱通道数量可调，测距能力超过33m；扫描范围水平100°，俯仰50°；最高采样率为10GPS，最高测距分辨率可达1.5cm。

课题组在研制系统的同时，创新设计了基于标准参考板的辐射定标方法和实验室标定系数定标方法，建立了高光谱激光雷达主动探测辐射传输模型，测量结果能够准确的反映目标光谱特性，与被动测量光谱反射率比较，定标精度优于5%。

基于研制的高光谱激光雷达，课题组充分挖掘该系统获得的林木病虫害光谱信息，运用支持向量机对健康和染病的林木样本的表面光谱反射率开展了分类模型构建、交叉验证方法改进等研究，外场试验取得了较为理想的林业病虫害监测分类效果，是林业病虫害监测的新方法探索，可为北京市绿色防控提供有力的科学依据。