Micasense多光谱助力植树节成果--利用多光谱成像对城区树木监控


城区的公园,路边绿树,花园与绿道统称为“城市之肺”。它们承担着过滤水、气,帮助城区控制暴风雨水,为人们提供阴凉,帮助整个城市系统节能的作用。

在北美地区,80%的人生活在城区。所以这些“城市之肺”是一定要保护的。

与其它的森林、农作物一样,城区绿植也面临着来自害虫与疾病的威胁。在北美,最大的威胁之一来自于白蜡树蛀虫。这是一种源自于亚洲森林的绿色甲虫。这种害虫专门攻击白蜡树。白蜡树蛀虫的幼虫在成熟之前要在树内部孕育1~2年。这段时间,这些幼虫会阻止树木将水与养分传输到树冠。由于在早期很难做到肉眼识别,所以很难在早期就对被攻击的树木施救。

白蜡树蛀虫首次是在2002年的密西根州被发现的。在其后的18年时间里,这种害虫已经传播到全美50个州中的35个。这种害虫很大几率会杀死90-95%的北美白蜡树,而这些白蜡树在城区绿植中的占比为25%。

现在看来,对于救治被害虫攻击的白蜡树以及防止害虫扩散出去的最好的办法是在用肉眼可以发现临床症状之前就发现被攻击的树。对于这一点,机载多光谱成像系统可以做到。

面对这一环境问题,Spectrabotics与ArborDrone两家公司采用了Micasense公司的多光谱相机尝试对城区的白蜡树进行采样监测以及识别出被害虫攻击了但还处于早期的白蜡树。



之所以采用Micasense的多光谱相机正是因为其数据的可靠性与高分辨率。城区绿植的种类有很多,这个任务的第一步就是要分辨出哪些是白蜡树。由于所有的绿植光谱响应特征都相似,所以不能利用光谱特性来将白蜡树区分出来。这就需要利用图像识别技术来协助一下。而图像识别的精度一定程度上是受分辨率影响的。这一点上,Micasense的多光谱相机完全胜任;这个任务的第二步是要利用光谱特征来区分被攻击的白蜡树与健康的白蜡树。然而对于这一点,当下没有现成的指数算法。这就需要利用实验室数据采集与多光谱图像数据结合到一起来研发新的指数算法。这就需要多光谱相机的采集到的数据具有足够的准确性。要确保多光谱数据不会被外界因素有很大的干扰,特别是光照条件的变化。对于这一点,Micasense多光谱相机的窄带充分保证了数据的精度,相机自身搭配的DLS2屏蔽掉光照条件变化又保证了数据的准确度。基于Micasense多光谱高分辨率以及数据精确保真的这两大特点,Spectrabotics与ArborDrone两大公司做出了以下的成果:

多光谱数据采自美国丹佛市的一处城区

在利用研发出的白蜡树蛀虫(EAB)指数算法处理后的图像数据明显的看出被白蜡树蛀虫攻攻击患病的早(左1),中(左2),晚(左3)期白蜡树。


这三棵被蛀虫攻击的白蜡树在用肉眼观测的结果是完全没有临床症状的。可能要等到树叶枯黄,树皮剥落后才能确定它们已经被攻击了。而那时,白蜡树蛀虫已经孕育成熟并转去攻击其它白蜡树了。


以该成果来看,Micasense多光谱相机是可以帮助人们通过光谱信息来保护树木,进而保护好我们生活的环境。让我们每个植树节付出的辛苦不白费。

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