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基于无人机RGB光学相机的漂浮绿藻探测研究

2021-09-09杨国英邢前国赵春晖孟苗苗李敬虎

激光生物学报 2021年4期

杨国英,邢前国,赵春晖,孟苗苗,李敬虎,3

(1. 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,哈尔滨 150001;2. 中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室,中国科学院烟台海岸带研究所,烟台 264003;3. 鲁东大学信息与电气工程学院,烟台 264025)

近年来,每年春夏之际,近岸海水中常会发生名为“绿潮”的海洋灾害。绿潮主要由绿藻暴发造成,且多个国家和地区都有过绿潮灾害的记录[1-5]。全面监测绿潮发生、发展情况,及时发布绿潮预警信息,能为绿藻的处置工作提供科学依据。Xing等[6]利用卫星影像绘制黄海和东海大型藻华图。目前已有很多学者利用中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)、高分一号、环境一号、静止水色卫星(geostationary ocean color imager,GOCI)等卫星数据监测绿潮[7-10],但它们相对低的分辨率可能会错过小规模的绿藻暴发[10-11]。相较于卫星遥感,无人机遥感厘米级的空间分辨率可以监测小斑块绿藻,克服重访周期长带来的限制,是卫星遥感的重要补充[12-13]。

绿藻的光谱特征与植被相似,可利用监测绿藻或者植被的指数来提取。研究人员提出的相关指数有:归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、漂浮藻类指数(floating algae index,FAI)、GOCI漂浮藻类指数(index of floating green algae for GOCI,IGAG)、虚拟基线漂浮藻类高度指数(virtual-baseline floating macroalgae height,VB-FAH)等[6,14-16]。但搭载多光谱传感器的无人机价格昂贵且笨重,常见的搭载数码相机的无人机缺乏短波红外和近红外波段[12],故这些指数并不适用。而基于RGB波段的植被指数,如过绿指数(excess green,EXG)、绿叶指数(green leaf index,GLI)、可见光波段差异植被指数(visible-band difference vegetation index,VDVI)、绿红植被指数(green red vegetation index,GRVI)等,广泛应用在植被识别上[17-19],适用于绿潮监测的指数相对较少。……

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