基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法技术

本发明专利技术公开了基于无人机遥感技术的牧场尺度放牧强度监测方法，涉及放牧强度监测技术领域，包括：利用基于GPS后处理差分技术，建立实时通讯基准站与地面控制靶标，实现基于无人机遥感厘米级测量精度的激光点云、多光谱/高光谱影像数据获取；建立草原生产力无人机遥感高精度测算模型；在不同草原类型区开展模型验证与结构参数对比分析，实现草原生产力中高分辨率快速精确计算；使用YOLOV4算法解算出图像中家畜的数量；根据草地生产力信息和家畜数目监测调查区的放牧强度。这样的方法，使用无人机对放牧的草场进行监测以及对草场中的牲畜进行计数，减少了人力消耗，且记录清晰，可实时监测草场的放牧状态。监测草场的放牧状态。监测草场的放牧状态。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法


[0001]本专利技术涉及放牧强度监测
，具体而言，涉及基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法。

技术介绍

[0002]草原生态系统是全球分布最广、最重要的陆地生态系统类型之一，但近年来，随着人口的增长，牲畜数量的倍增，不合理的放牧已对草地生态系统造成了严重的破坏。因此，对草场实际放牧强度进行监测，完善放牧预警机制，对于指导畜牧业生产、环境保护有着不可替代的重要作用和现实意义。
[0003]对放牧强度的研究主要集中于不同放牧强度对草原植被群落特征和草地生产力多样性的影响。现有估算放牧强度的方法主要是通过调查统计牲畜的数量与分布，对比草地的理论载畜量与实际载畜量的差异。但这样的研究方法需要耗费大量的人力，不适用与大范围草地放牧强度的研究。但随着卫星遥感技术的发展，已有一些学者将卫星遥感应用于草地放牧强度的估测。
[0004]现有技术对放牧强度进行监测存在以下缺点：
[0005]1、对于一些高分辨率数据(如LandsatTM)，因其重复周期过长,在进行放牧强度估算时,草地植被的生长影响放牧强度的估算精度；而对于NOAA
‑
AVHRR虽然时间分辨率很高,但由于空间分辨率过低,也影响放牧强度的估算精度。
[0006]2、在估算各草地类型的放牧强度时，会在建立预测模型时假设研究区牧草长势相同，这种假设适合长势均一的草原，但对于生长状况差异较显著的草地，利用该方法计算放牧强度容易产生较大误差。
[0007]3、对于家畜的估算，之前一直依靠于，下级上报的形式，但这样上报数据真假难辨，大多牧民为了领取补贴都会把数据进行虚假填报，对于计算放牧强度没有可靠的数据支持。

技术实现思路

[0008]为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法，以实时监测草场的放牧状态，从而估算出放牧强度。
[0009]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0010]一种基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法，包括以下步骤：
[0011]获取无人机在样带中包含植被、家畜的遥感影像，利用基于GPS后处理差分技术，建立实时通讯基准站与地面控制靶标，实现基于无人机遥感厘米级测量精度的激光点云、多光谱/高光谱影像数据获取；综合利用植被表型结构信息与植被光谱信息，建立草原生产力无人机遥感高精度测算模型；利用草原多样性变化地统计模型、机器学习模型与植被红边技术提出卫星遥感升尺度估算方法，在不同草原类型区开展模型验证与结构参数对比分析，实现草原生产力中高分辨率快速精确计算；根据样带中拍摄的家畜的影像数据，使用
YOLOV4算法解算出图像中家畜的数量；根据草地生产力信息和家畜数目监测调查区的放牧强度。
[0012]这样的方法，使用无人机对放牧的草场进行监测，很大程度上减少了人力消耗，且记录清晰。使用无人机对草场中的牲畜进行计数，可实时监测草场的放牧状态。进一步的，还可以通过识别草地地表植被类型、植被长势及其被啃食程度，判断牲畜常采食何种类型植被，可对草场各植被的生长程度进行监测，也可为人工草地的种植提供建议，还可监测该草场放牧强度。该专利不仅可以实时监测草场放牧强度，还可预测出未来某时段该地区的放牧强度，及草场状态，方便更有效的对该草场进行管理及监控。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，还包括：对无人机在样带航拍的遥感影像进行处理生成拼接后的数字正射影像图；处理的步骤包括：若旁向、航向重叠度满足图像拼接要求时，对遥感影像进行处理生成拼接后的数字正射影像图，若旁向或航向重叠度不满足图像拼接要求时，进行航片校正。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，还包括：根据遥感解译要素，对数字正射影像图中的家畜种类进行机器视觉分类解译；再采用深度学习法训练模型自动提取家畜个体目标信息，通过map精度评价提升精度；最后以机器视觉对提取结果的错判误判进行纠正。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，还包括：
[0016]直接估算法，利用样带面积与调查区面积比例进行直接推算，采用以下公式估算：
[0017][0018]其中，N
i
为调查区内第i种家畜数量，N'
i
为样带调查第i种家畜数量，A'为所有调查样带的总面积，A为调查区总面积。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，还包括：
[0020]基于季节牧场的分层估算法，用样带调查获得的第i种家畜分布数据与季节牧场分布图叠加，分别获得冷季牧场和暖季牧场范围内的第i种家畜数量；季节牧场包括冷季牧场和暖季牧场以外类型的，合并为冷季牧场和暖季牧场再进行计算；
[0021]调查区内第i种家畜的家畜数量N
i
，采用以下公式估算：
[0022][0023]式中，K为季节牧场的类型数，N'
i,j
为第j类季节牧场内的第i种家畜个体数量，A'
j
为第j类季节牧场内的调查样带面积，A
j
为第j类季节牧场面积。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，还包括以下步骤：
[0025]结果验证，利用家畜统计数据、地面调查数据或文献数据，对基于无人机航拍的家畜数量进行验证，并给出精度验证结果。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，还包括以下步骤：
[0027]根据解译后的影像图判别区分为成畜和幼畜两类。
[0028]在本专利技术的一些实施例中，所述根据解译后的影像图判别区分为成畜和幼畜两类的步骤包括：
[0029]根据解译后的影像图中各类家畜体型大小和颜色特征，判别区分为成畜和幼畜两类。
[0030]在本专利技术的一些实施例中，基于基础地理信息数据、专题空间信息数据、放牧家畜统计数据和卫星影像图生成家畜放牧图；其中，基础地理信息数据包括数字高程模型、交通、行政边界，专题空间信息数据包括草地类型、草地植被覆盖度、草地产草量、季节牧场和水源分布，放牧家畜统计数据包括家畜数量、种类及位置数据；
[0031]将所述基础地理信息数据、专题空间信息数据和放牧家畜统计数据中的变量参数输入神经网络中，算出放牧强度值，在根据放牧强度等级范围，最后判断出放牧强度结果。
[0032]在本专利技术的一些实施例中，还包括：
[0033]样带轮廓或作业区边界信息形成一个图层；
[0034]调查区所有样带的每类家畜个体点位分别生成一个图层，属性包括成幼畜类型；
[0035]提取获得的每类家畜个体的轮廓分别生成一个图层，属性包括轮廓长度和面积。
[0036]本专利技术实施例至少具有如下优点或有益效果：
[0037]获取无人机在样带中包含植被、家畜的遥感影像，利用基于GPS后处理差分技术，建立实时通讯基准站与地面控制靶标，实现基于无人机遥感厘米级测量精度的激光点云、多光谱/高光谱影像数据获取；综合利用植被表型结构信息与植被光谱信息，建立草原生产力无人机遥感高精度测算模型；利用草原本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法，包括以下步骤：获取无人机在样带中包含植被、家畜的遥感影像，利用基于GPS后处理差分技术，建立实时通讯基准站与地面控制靶标，实现基于无人机遥感厘米级测量精度的激光点云、多光谱/高光谱影像数据获取；综合利用植被表型结构信息与植被光谱信息，建立草原生产力无人机遥感高精度测算模型；利用草原多样性变化地统计模型、机器学习模型与植被红边技术提出卫星遥感升尺度估算方法，在不同草原类型区开展模型验证与结构参数对比分析，实现草原生产力中高分辨率快速精确计算；根据样带中拍摄的家畜的影像数据，使用YOLOV4算法解算出图像中家畜的数量；根据草地生产力信息和家畜数目监测调查区的放牧强度。2.根据权利要求1所述的基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法，其特征在于，所述获取无人机在样带中包含植被、家畜的遥感影像的步骤之前还包括：对无人机在样带航拍的遥感影像进行处理生成拼接后的数字正射影像图；所述处理的步骤包括：若旁向、航向重叠度满足图像拼接要求时，对遥感影像进行处理生成拼接后的数字正射影像图，若旁向或航向重叠度不满足图像拼接要求时，进行航片校正。3.根据权利要求2所述的基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法，其特征在于，还包括：根据遥感解译要素，对数字正射影像图中的家畜种类进行机器视觉分类解译；再采用深度学习法训练模型自动提取家畜个体目标信息，通过map精度评价提升精度；最后以机器视觉对提取结果的错判误判进行纠正。4.根据权利要求1所述的基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法，其特征在于，还包括根据样带中家畜的数量推算出调查区家畜数量,推算方法包括：直接估算法，利用样带面积与调查区面积比例进行直接推算，采用以下公式估算：其中，N
i
为调查区内第i种家畜数量，N
i
'为样带调查第i种家畜数量，A'为所有调查样带的总面积，A为调查区总面积。5.根据权利要求1所述的基于无人机遥感技术的放牧强度监测方法，其特征在于，推算方法还包括：基于季节牧场的分层估算法，用样带调查获得的第i种家畜分布数据与季节...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕鹏飞，李飞，运向军，哈斯巴根，路艳峰，白海花，
申请(专利权)人：中国农业科学院草原研究所，
类型：发明
国别省市：