本發(fā)明屬于海洋生態(tài)科學領域，涉及一種潮間帶鼠尾藻藻床資源量的評估方法，特別涉及一種10km²面積以內的潮間帶鼠尾藻資源的科學評估方法。

背景技術：

目前對海藻資源量的評估方式主要有兩種方式：

（1）傳統(tǒng)方式：對研究區(qū)域按照一定方式布設若干生物觀察取樣點，通過統(tǒng)計分析各取樣點樣品采集的數量，評估研究區(qū)域的資源量。但是鼠尾藻海藻床在潮間帶多為非連續(xù)、非均勻分布，因此采用傳統(tǒng)方法估算海藻資源量時系統(tǒng)誤差較大。

（2）衛(wèi)星遙感方式：可對大尺度范圍植被資源進行生態(tài)資源量評估，但是遙感方式在海洋生態(tài)研究中受海面影響，海面以下部分無法提供遙感資料。鼠尾藻是一種潮間帶海藻，一般在枯潮期露出水面，而衛(wèi)星遙感的時間具有不可控性，且受天氣因素影響（云層、霧霾等），因此衛(wèi)星遙感對于潮間帶海藻資源量的估算具有一定技術局限性。

基于此，本發(fā)明提供一種潮間帶鼠尾藻藻床資源量的評估方法。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發(fā)明采用無人機遙感技術，在枯潮期對潮間帶鼠尾藻藻床進行遙感監(jiān)測，反演計算鼠尾藻海藻床資源量，可在短時間內完成大尺度（10 km²以內）的鼠尾藻海藻床資源量評估。本發(fā)明方法高效、便捷、精確性高，適合潮間帶海藻資源量的評估。

本發(fā)明通過下述技術方案實現上述技術目的的：

一種潮間帶鼠尾藻藻床資源量的評估方法，其包括如下步驟：

1）遙感圖像采集：預設多個生物像控點，控制生物像控點樣方面積1×1 m²，生物像控點選取不同豐度具有代表性的樣方，每個豐度像控點≥ 3個，并完成生物像控點GPS信息和鼠尾藻數量信息采集；使用無人機遙感對潮間帶鼠尾藻海藻床進行監(jiān)測，得到遙感圖像；

2）將遙感圖像輸入ArcGIS 10.0軟件，在Catalog中新建shapefile格式文件，坐標系采用WGS 1984，UTM投影，圖像顯示比例設為1:100，根據遙感圖像繪制鼠尾藻分布情況，編輯完成后保存得到遙感圖像文件；按照像控點編號依次在Catalog中建立shapefile格式文件，按照像控點編號和鼠尾藻數量信息依次編輯文件，根據記錄的生物像控點GPS信息繪制鼠尾藻生物像控點文件，將遙感圖像輸入ENVI4.7軟件，在ENVI4.7軟件中加載生物像控點文件，然后在遙感圖像文件中輸出ASCII格式的ROI文件信息，在提取到的ASCII格式的ROI文件中找到對應的顏色值信息及像元信息條數；所述的顏色值信息包括R值、G值、B值；以顏色值為自變量，鼠尾藻數量為因變量，對提取到的圖像顏色值及像控點鼠尾藻數量信息進行線性多元回歸統(tǒng)計分析，獲取回歸分析方程：

Y=（aR + bG + cB + d）×n

其中Y為生物像控點鼠尾藻數量；R、G、B分別為ROI圖像顏色信息中的R值、G值、B值；a、b、c、d分別為回歸統(tǒng)計計算常數系數；n值為ROI圖像提取像元信息條數；當回歸分析方程的回歸系數r²≥0.8時，反演計算模型較為準確，如果r²＜ 0.8，則需要添加像控點或變換回歸統(tǒng)計模型。

3）將遙感圖像輸入ENVI4.7軟件，在ENVI4.7軟件中加載鼠尾藻分布區(qū)文件，然后在遙感圖像文件中輸出ASCII格式的ROI文件信息，在提取到的ASCII格式的ROI文件中找到對應的顏色值信息和像元信息條數，所述的顏色值信息R值、G值、B值；將提取的鼠尾藻分布區(qū)的顏色值信息輸入模型方程先計算單個像元對應的海藻數量，然后再根據公式計算鼠尾藻藻床總資源量，其中Y為鼠尾藻藻床總資源量，n為像元信息條數，Y_i為單個像元的海藻數量。

如上所述的潮間帶鼠尾藻藻床資源量的評估方法，其中無人機配置應能滿足如下條件：固定翼式無人機，飛行時速≥50 km/h，續(xù)航時間≥1.5 h，測控半徑≥10 km，抗風能力≥ 4級，傳感器有效像素≥ 2400 萬，飛行升限≥ 2000 m。

如上所述的潮間帶鼠尾藻藻床資源量的評估方法，所述的無人機在航測過程中的飛行參數：飛行高度為150-300 m，航向重疊度 80%，旁向重疊度60%；航測時間選擇大潮枯潮期0.5-2 h 內進行，飛行時光照強度≥ 10000 lx，選擇晴天風力≤4級。

如上所述的潮間帶鼠尾藻藻床資源量的評估方法，所述的遙感出圖參數為：坐標系采用WGS 1984，高程采用1985國家高程基準投影方式選擇橫軸墨卡托投影；圖像波段數3-5，圖像像素深度8bit，像元值 0-255，圖片保存格式為tiff。

本發(fā)明所述的潮間帶鼠尾藻藻床資源量的評估方法，與現有的評估方法相比主要的技術優(yōu)勢在于：

1、精確度高：衛(wèi)星遙感圖像的分辨率為0.1 - 0.5m；而無人機遙感圖像分辨率為0.05m。因此無人機遙感相比于衛(wèi)星遙感具有更高的精確性；遙感圖像能準確識別潮間帶鼠尾藻藻床的分布位置進而進行數量反演計算，克服了海藻床分布非連續(xù)、非均勻分布造成統(tǒng)計分析的系統(tǒng)誤差，相比傳統(tǒng)方式具有技術先進性。

2、方法便捷：對研究區(qū)域較大時，無需對整個區(qū)域進行調查取樣，只需在小范圍內建立反演計算模型即可對整個區(qū)域進行反演計算。

3、方法效率高：傳統(tǒng)方法需要在研究區(qū)域布設若干取樣點，當研究區(qū)域面積增大時，取樣點的數量也隨之增多，因此在研究區(qū)域較大時，取樣工作量較高且分析周期也隨之延長。本研究方法只需遙感監(jiān)測前對不同豐度的區(qū)域設定10-20個生物像控點，即可對遙感監(jiān)測圖像進行生物數量統(tǒng)計，且在研究面積增加時，無需大量增加生物像控點，即可實現海藻總資源量的反演估算。

附圖說明

圖1 海藻床生物像控點測定示意圖。

圖2 根據遙感圖像繪制的鼠尾藻分布圖,其中深黑色區(qū)域中為鼠尾藻實際分布區(qū)。

圖3 根據GPS位置繪制的生物像控點文件，其中框區(qū)內為生物像控點取樣區(qū)。

具體實施方式

以下通過具體實施例進一步描述本發(fā)明，但并不以任何方式限定本發(fā)明專利保護的范圍，本領域技術人員在不改變本發(fā)明思路的前提下，所做出的變換或修飾，都應包括在本發(fā)明的保護范圍之內。

實施例1 本發(fā)明潮間帶鼠尾藻藻床資源量測算模型的建立

1.1 無人機遙感準備措施：

1.1.1無人機配置如下：固定翼式無人機，飛行時速≥50 km/h，續(xù)航時間≥1.5 h，測控半徑≥10 km，抗風能力≥ 4級，傳感器有效像素≥ 2400 萬，飛行升限≥ 2000 m。

1.1.2 無人機飛行參數：無人機飛行前需要得到相關部門的空域使用許可，飛行高度為150 - 300 m，航向重疊度 80%，旁向重疊度60%。

1.1.3 飛行前需要預設10-20個生物像控點，像控點樣方面積1×1 m²（如圖1所示），并完成像控點GPS信息和鼠尾藻數量信息采集，生物像控點選取不同豐度具有代表性的樣方，每個豐度像控點≥ 3個。

1.2 無人機遙感技術方案：

1.2.1 航測時間確定：根據研究區(qū)域的潮汐時間確定航測時間，航測選擇大潮枯潮期0.5-2 h 內進行，飛行時光照強度≥ 10000 lx，選擇晴天風力≤4級。

1.2.2 航測參數：航測比例尺為1:500，航線數≥ 4，地面分辨率 0.05 cm。

1.2.3 遙感出圖參數：坐標系采用WGS 1984，高程采用1985國家高程基準投影方式選擇橫軸墨卡托投影（UTM投影）。圖像波段數3-5，圖像像素深度8bit，像元值 0-255，圖片保存格式為tiff。

2、使用本發(fā)明方法結合ArcGIS、ENVI軟件對鼠尾藻海藻床進行反演計算。

2．1 確定鼠尾藻海藻床分布區(qū)

2.1.1建立鼠尾藻分布區(qū)文件：將遙感圖像輸入ArcGIS 10.0軟件，在Catalog中新建shapefile格式文件，命名為Distribution，屬性為面文件，坐標系采用WGS 1984，UTM投影。

2.1.2編輯鼠尾藻分布區(qū)文件：在Editor工具中編輯Distribution文件，圖像顯示比例設為1:100，根據遙感圖像繪制鼠尾藻分布情況（見圖2），編輯完成后保存Distribution文件。

2.2 確定生物像控點

2.2.1建立鼠尾藻生物像控點文件：按照像控點編號依次在Catalog中建立shapefile格式文件，命名為XKD_編號，屬性為面文件，坐標系采用WGS 1984，UTM投影。

2.2.2編輯鼠尾藻生物像控點文件：按照像控點編號依次編輯文件，根據記錄的生物像控點GPS信息繪制鼠尾藻生物像控點文件（見圖3），編輯完成后保存文件。

2.3建立遙感反演計算模型

2.3.1 ENVI軟件提取生物像控點的圖像信息

將遙感圖像輸入ENVI4.7軟件，在ENVI4.7軟件中加載生物像控點文件，并將生物像控點文件保存為ROI（關注區(qū) Region Of Interest）文件。（在Available Vectors List 中選擇“File”，“Export files to ROI…”）

然后在遙感圖像文件中輸出ASCII格式的ROI文件信息。（在遙感圖像中“Tool”，“Region Of Interest”，“Output ROI to ASCII…”。）

在提取到的ASCII格式的ROI文件中找到對應的顏色值信息（分別為R值、G值、B值）、像元信息條數。

2.3.2 統(tǒng)計分析建立反演計算模型

以顏色值為自變量，海藻數量為因變量，對提取到的圖像顏色值（R值、G值、B值）及像控點海藻數量信息進行線性多元回歸統(tǒng)計分析，獲取回顧方程：

Y=（aR + bG + cB + d）×n

Y為生物像控點鼠尾藻數量；

R、G、B分別為ROI圖像顏色信息中的R值、G值、B值；

a、b、c、d分別為回歸統(tǒng)計計算常數系數；

n值為ROI圖像提取像元信息條數。

當回歸分析方程的回歸系數r²≥0.8時，反演計算模型較為準確，如果r²＜ 0.8，則需要添加像控點或變換回歸統(tǒng)計模型。

2.4 利用模型計算鼠尾藻海藻床資源量

2.4.1 ENVI軟件提取鼠尾藻分布區(qū)圖像信息

將遙感圖像輸入ENVI4.7軟件，在ENVI4.7軟件中加載鼠尾藻分布區(qū)文件，并將生物像控點文件保存為ROI（關注區(qū) Region Of Interest）文件。（在Available Vectors List 中選擇“File”，“Export files to ROI…”）

然后在遙感圖像文件中輸出ASCII格式的ROI文件信息。（在遙感圖像中“Tool”，“Region Of Interest”，“Output ROI to ASCII…”。）

在提取到的ASCII格式的ROI文件中找到對應的顏色值信息（分別為R值、G值、B值）、像元信息條數。

2.4.2 利用模型估算鼠尾藻資源量

將提取的鼠尾藻分布區(qū)的顏色值信息輸入模型方程（R值、G值、B值）先計算單個像元對應的海藻數量，然后再計算鼠尾藻藻床總資源量。其中Y為鼠尾藻藻床總資源量，n為像元信息條數，Y_i為單個像元的海藻數量。

實施例2 采用本發(fā)明所述評估方法測算潮間帶鼠尾藻藻床資源量

1、 無人機遙感：

飛行前需要預設15個生物像控點，像控點樣方面積1×1 m²，并完成像控點GPS信息和鼠尾藻數量信息采集，生物像控點選取不同豐度具有代表性的樣方，每個豐度像控點≥ 3個。

使用固定翼式無人機山東榮成（E 122.5；N 37.2）沿海1.2 km²的區(qū)域進行遙感檢測，航測選擇大潮枯潮期45分鐘內完成，航測時光照強度 25000 - 40000lx，風力3級。航測比例尺為1:500，航線數 32，地面分辨率 0.05 cm，飛行高度為 200 m，航向重疊度 80%，旁向重疊度60%。

坐標系采用WGS 1984，高程采用1985國家高程基準投影方式選擇橫軸墨卡托投影（UTM投影）。圖像波段數3-5，圖像像素深度8bit，像元值 0-255，圖片保存格式為tiff。

2、使用本發(fā)明方法結合ArcGIS、ENVI軟件對鼠尾藻海藻床進行反演計算。

2.1建立反演模型

首先利用ArcGIS軟件分別創(chuàng)建生物像控點文件，然后在ENVI軟件中使用生物像控點文件提取顏色值（RGB）進行統(tǒng)計分析。如下表:

R、G、B分別為ROI圖像顏色信息中的R值、G值、B值；

Y為生物像控點鼠尾藻數量；

N為像元數。

回歸分析方程：

Y/N = 0.072 R – 0.139 G + 0.059 B

即： Y = （0.072 R – 0.139 G + 0.059 B）× N

回歸系數r² = 0.884 ≥0.8

2.2 反演計算

利用ArcGIS軟件創(chuàng)建鼠尾藻分布區(qū)文件，然后在ENVI軟件中使用鼠尾藻分布區(qū)文件提取顏色值（RGB），將像元顏色值代入反演模型的回歸方程中計算得到Y_i值，然后計算得到該研究區(qū)域鼠尾藻資源量為61.2萬株。