[发明专利]一种基于无人机机载多光谱仪的绿潮藻面积监测方法

说明书

本发明属于绿潮监测技术领域，提供了一种基于无人机机载多光谱仪的绿潮面积监测方法，其包括数据采集和数据处理，数据采集利用无人机搭载多光谱仪到绿潮暴发区域进行航拍数据采集；数据处理是对采集到的多光谱数据进行处理，包括辐射校正处理，多光谱图像拼接，绿潮藻识别与分割以及面积计算；本发明通过机载多光谱仪采集数据，然后对采集的多光谱数据进行处理，将多光谱图像中的绿潮藻识别分割出来，统计绿潮藻的像元数量，然后根据地面采样距离计算单个像元所代表的实际面积，进而得到绿潮的真实面积；本发明提供的基于无人机机载多光谱仪的绿潮面积监测方法能够实现对绿潮面积的实时监测，为绿潮的防控治理提供数据支持。

技术领域

本发明涉及一种基于无人机机载多光谱仪的绿潮藻面积监测方法，属于绿潮监测技术领域。

背景技术

近几年来由于大气变化和人类活动等原因造成绿潮爆发，绿潮(green tide)是由海洋大型绿藻快速生长与聚集所形成的一种有害藻华现象，普遍发生在沿海地区。已有的研究表明，形成绿潮的藻类主要是对营养盐吸收能力和适应环境胁迫能力均较强的机会主义海藻，如：浒苔、石莼、硬毛藻、刚毛藻等。绿潮的暴发会对环境和经济带来负面影响：第一，绿潮暴发后生物量极大，大范围覆盖海面，遮挡阳光，吸收海水中的营养盐，影响海洋中其他动植物的生长；第二，绿潮大规模堆积会腐烂发臭，影响海滨城市旅游业和人民的健康；第三，绿潮的清理需要耗费大量的人力和物力。正是由于绿潮爆发带来的负面影响，所以必须对绿潮藻进行治理。

绿潮在海面的分布较广，有时可达数万平方公里，因此依靠传统的航次调查很难对海上大范围绿潮进行全面实时监控；卫星遥感影像具有较高的实效性、经济性以及大面积同步观测的能力而作为绿潮灾害动态监测的重要手段，并广泛应用于黄海绿潮监测，但是由于卫星遥感相对较低的分辨率，利用卫星首次观测到绿潮暴发时，漂浮藻体覆盖面积往往已经达到数十平方公里，导致绿潮灾害的防控治理还处于被动应对阶段。

因此，目前缺乏科学系统的手段能够对绿潮的发生及发展情况进行全面、实时及快速的监控。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于无人机机载多光谱仪的绿潮藻面积监测方法，能够实时快速的监测绿潮面积，为绿潮的防控和治理提供数据支持。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

包括以下步骤：

步骤1，绿潮藻多光谱数据采集：利用无人机搭载多光谱仪到绿潮暴发区进行数据采集；

步骤2，多光谱数据预处理：对采集的多光谱数据进行辐射校正预处理；

步骤3，图像拼接：对辐射校正后的多光谱数据进行多光谱图像拼接处理；

步骤4，绿潮藻识别：利用植被指数的方法，识别多光谱图像中的绿潮藻；

步骤5，背景分割：利用阈值分割的方法，将植被指数识别后的多光谱图像分割成绿潮藻和其他背景两部分；

步骤6，绿潮面积计算：利用无人机的地面采样距离，得出单个像元所代表的实际面积，推导得到无人机飞行高度和航拍面积的对应关系公式，统计绿潮藻的像元数量，即可得出绿潮的真实面积。

步骤7，绿潮面积监测误差计算：提出“预设标准面积法”，提前在航拍区设置多个固定面积的绿潮藻样本，对比绿潮藻样本的实际面积和算法的监测面积，即可验证绿潮面积监测的误差。