CN111626893A - 一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，包括如下步骤：S1：选取目标观测区，利用无人机叠加飞行的方式获取观测区的底图；S2：再利用无人机对观测区的畜群进行等时间间隔、全覆盖、跟踪拍摄，得到航拍照片；S3：通过ArcGIS软件依据观测区的底图进行涵盖畜群航拍照片的地理矫正，获取所有家畜的地理位置信息；S4：通过S3中获取畜群地理位置信息，计算出单位家畜的潜在放牧强度，将单位时间内所有家畜的潜在放牧强度进行叠加获得畜群的放牧强度。本发明的优点在于有效克服了传统家畜放牧强度测定存在代表性差、时效性差、精确性低、特定环境下难以测定以及操作成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及生态测量技术领域，特别涉及一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法。
背景技术
放牧强度是决定家畜放牧对草地影响的关键因素。传统家畜放牧强度的测定方法主要有：控制法（即特定时间内单位面积放牧一定数量的家畜或单位数量的家畜在特定面积草地上放牧）和指示法（如利用家畜排泄物的数量代表家畜放牧强度）。经过长期的实践操作我们发现，现有方法在以下几个方面存在弊端，具体体现如下：
1.代表性有限：控制法测定的放牧强度受到时空限制、人为干扰等因素的干扰影响，对自由放牧的管理方式实际状况的代表性有限；传统指示法因家畜自身活动规律差异、观测人员间认知差异、采样点数量有限等直接导致结果代表性不足。
2.时效性差：传统的控制法和指示法均是测定工作完成后获取结果，数据获取具有滞后性。难以在实际的放牧管理过程中进行测定和适时应用于放牧管理的改善。
3.投入成本高：控制法实施过程需要大量的劳动力和资金成本进行放牧区域的建设、维护和管控家畜；传统指示法进行人工实地采样也需要大量人力和经费的投入。
4.精确性差：控制法测定的放牧强度为整体区域特定时间内的放牧强度，无法获取具体区域特定的放牧强度；指示法仅是利用排泄物等指示放牧强度，无法获取准确、具体的放牧强度。
5.特定环境下难以进行测定：传统方法中的现场控制和样品采集要求对实施环境有限制，导致上述方法难以在沼泽、高山等特殊环境实施测量。因此，亟需研发设计一种新的方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：选取目标观测区，利用无人机叠加飞行的方式获取观测区的底图；
S2：再利用无人机对观测区的畜群进行等时间间隔、全覆盖、跟踪拍摄，得到航拍照片；
S3：通过ArcGIS软件依据观测区的底图进行涵盖畜群航拍照片的地理矫正，获取所有家畜的地理位置信息；
S4：通过S3中获取畜群地理位置信息，计算出单位家畜的潜在放牧强度，将单位时间内所有家畜的潜在放牧强度进行叠加获得畜群的放牧强度。
优选的，所述S1与S2中使用的无人机为多旋翼轻型，所述无人机搭载普通可见光摄像机，所述普通可见光摄像机像素≥1200万。
优选的，所述S1中底图由无人机高重叠度下正射拍照获取高分辨率地理底图，所述重叠度＞60%。
优选的，所述S2中无人机在距目标家畜水平距离>70米的位置起飞，在70-100米的高度进行的小角度的全覆盖拍摄。
优选的，所述S3中地理矫正过程要求选择至少10个分布相对均匀的参考点确保矫正准确性。
优选的，所述S4中单位家畜的潜在放牧强度定义为：1家畜单位·间隔时间/潜在影响区面积形成的圆锥体，即已知圆锥体体积等于M=1AU·t/(π(1/2vt)2)，AU即家畜单位，所述家畜单位采用中国绵羊单位，不同家畜类型家畜按照固定系数换算，在实际计算时1AU按1进行计算，其中v为家畜平均行走速度，t为间隔时间，圆锥体底半径为家畜间隔时间内平均行走距离的1/2，即r=1/2vt，圆锥高度h即为单位家畜的潜在放牧强度h=12M/(π(vt)2)。
优选的，所述单位家畜的潜在放牧强度在r t 位置的放牧强度为h t =h-h*r t /r，其中h为单位家畜的潜在放牧强度，r为单位家畜特定间隔时间的行走距离，r t 为单位家畜到圆锥体底面原点的距离，h t 为单位家畜在r t 位置的潜在放牧强度。。
优选的，所述畜群的放牧强度为全部单位家畜的潜在放牧强度的圆锥体进行强度叠加得到。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1）实现自然状况下家畜放牧强度的测定，有效解决了传统控制法限制家畜自由活动和指示法取样点有限而导致的代表性不足的问题；
2）实现在放牧过程中进行测定并将结果用于实施合理化放牧管理，克服了传统控制法和指示法必须在监测完成之后进行滞后测定的问题；
3）实现高精度刻画整个观测区域具体放牧强度，克服传统观测方法只能获取单位控制区域整体放牧强度和指示法粗略估计而导致的结果精度低下的问题。
4）省略了布设控制样地、放牧实验家畜和日常维护工作/大量人员进行培训、实地测定指示物所投入的大量时间、人力和资金的投入，购买设备及后续耗费较低，可长期反复利用，大幅节约了成本；
5）借助无人机的灵活机动性可在高海拔、沼泽和高山等环境下开展测定工作，尤其是地势复杂、海拔高、工作环境艰难的区域实现长期特定环境下测定，克服在复杂特殊环境无法测定放牧强度的问题；
6）结构合理，操作简单，打破了传统测定方法的局限性，适于推广应用。
附图说明
图1是本发明中矫正底图示意图；
图2是本发明中地理矫正前的航拍照片示意图；
图3是本发明中地理矫正后的航拍照片示意图；
图4是本发明中测定单位家畜的潜在放牧强度示意图；
图5是本发明中叠加完成后的畜群单位时间内放牧强度示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，包括如下步骤：
S1：用GPS工具打点选取目标观测区，利用无人机叠加飞行的方式获取观测区的底图，所述底图由无人机高重叠度下正射拍照获取高分辨率地理底图，所述重叠度＞60%，所述无人机为多旋翼轻型，搭载普通可见光摄像机，所述普通可见光摄像机像素≥1200万，无人机飞行高度优选为150米，获取底图后利用常见图片拼接软件矫正完成后获取矫正底图，所述矫正底图如图1所示；
S2：再利用S1中无人机对目标观测区的所有家畜进行等时间间隔、全覆盖、跟踪拍摄，得到航拍照片，无人机在距目标畜群水平距离>70米的位置起飞，在70-100米的高度进行的小角度的全覆盖拍摄，可分多张照片拍摄，拍摄频度为1次/小时。
S3：通过ArcGIS软件进行航拍照片的地理矫正，所述地理矫正是用ArcGIS基于底图进行矫正，所述地理矫正过程要求选择至少10个分布相对均匀的参考点确保矫正准确性，然后通过在矫正完成的图片上利用ArcGIS软件目视手动提取或者通过外部软件自动提取单位家畜的地理位置信息，形成具备每头/只家畜经纬度信息的文件。所述图2为地理矫正前的航拍照片，所述图3为地理矫正后的航拍照片。
S4：通过S3中获取地理位置信息计算单位家畜的潜在放牧强度，单位家畜的潜在放牧强度定义为：1家畜单位乘以间隔时间，再除以潜在影响区面积，所述单位家畜的潜在放牧强度具象为图4中圆锥体体积，即已知圆锥体体积等于M=1AU·t/(π(1/2vt)2)，AU即家畜单位，指以某一家畜的放牧压或饲料消耗量为标准， 将其他家畜的同类项目与之比较而得出的比值，又称家畜当量或动物单位。将各种年龄，不同体格的家畜折合成家畜单位，便于计算饲料消耗量， 并在不同家畜之间进行换算、比较，为了便于按家畜单位统计各种和不同大小的家畜，许多国家或地区制定有不同的换算标准，中国以绵羊作为标准单位，称为绵羊单位或羊单位。王栋(1955)规定的中国绵羊单位的含意是，1头体重40千克的母羊及其哺乳羔羊，每日约需牧食青草5～7. 5千克。本发明中家畜单位采用中国绵羊单位，且不同家畜类型家畜按照固定系数换算，在实际计算时1AU按1进行计算，其中v为家畜平均行走速度，t为间隔时间，圆锥体底半径为家畜间隔时间内平均行走距离的1/2，即r=1/2vt，圆锥高度h即为单位家畜的潜在放牧强度h=12M/(π(vt)2)，再通过单位家畜的潜在的放牧强度计算单位家畜的潜在放牧强度，所述单位家畜的潜在放牧强度在r t 位置的放牧强度为h t =h-h* r t /r，其中h为单位家畜的潜在放牧强度，r为单位家畜特定间隔时间的行走距离，r t 为单位家畜到圆锥体底面原点的距离，h t 为单位家畜在r t 位置的潜在放牧强度。
具体所述单位家畜的潜在放牧强度圆锥体底面半径算法如下：根据观测得到家畜平均在放牧时间t内的行走速度为d，所述行走速度d为单位时间内不同家畜的行走步数，不同家畜每一步的距离为m，则圆锥体的底半径为r= t*d*m，叠加基础为经纬度转换为米，即1米=0.00001141经度，1米= 0.00000899纬度。本例中设定一个月为本次的单位时间，本例中设定家畜的行走速度为10步/分，每一步距离为0.5米，即圆锥体底半径为r=10步/分×0.5米×60分=300米，为了计算方便和视图清晰考虑，本例选择目标观测区的一角作为起算点，如（北纬100.369099888889，东经34.1229008333333）。
再通过现有软件将单位时间内所有单位家畜的放牧强度按照圆锥体进行强度叠加获得畜群的放牧强度，计算获得目标观测区的单位时间内放牧强度，如图5所述。
因本测定方法利用无人机的灵活机动性，可在高海拔、沼泽和高山等环境下开展测定工作，尤其是地势复杂、海拔高、工作环境艰难的区域，利用本测定方法测量待测目标区域的估测值，从而能有效打破传统测定方法的局限性，适于推广应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：选取目标观测区，利用无人机叠加飞行的方式获取观测区的底图；
S2：再利用无人机对观测区的畜群进行等时间间隔、全覆盖、跟踪拍摄，得到航拍照片；
S3：通过ArcGIS软件依据观测区的底图进行涵盖畜群航拍照片的地理矫正，获取所有家畜的地理位置信息；
S4：通过S3中获取畜群地理位置信息，计算出单位家畜的潜在放牧强度，将单位时间内所有家畜的潜在放牧强度进行叠加获得畜群的放牧强度。
2.根据权利要求1所述的一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于：所述S1与S2中使用的无人机为多旋翼轻型，所述无人机搭载普通可见光摄像机，所述普通可见光摄像机像素≥1200万。
3.根据权利要求1所述的一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于：所述S1中底图由无人机高重叠度下正射拍照获取高分辨率地理底图，所述重叠度＞60%。
4.根据权利要求1所述的一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于：所述S2中无人机在距目标家畜水平距离>70米的位置起飞，在70-100米的高度进行的小角度的全覆盖拍摄。
5.根据权利要求1所述的一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于：所述S3中地理矫正过程要求选择至少10个分布相对均匀的参考点确保矫正准确性。
6.根据权利要求1所述的一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于：所述S4中单位家畜的潜在放牧强度定义为：1家畜单位·间隔时间/潜在影响区面积形成的圆锥体，即已知圆锥体体积等于M=1AU·t/(π(1/2vt)2)，AU即家畜单位，所述家畜单位采用中国绵羊单位，不同家畜类型家畜按照固定系数换算，在实际计算时1AU按1进行计算，其中v为家畜平均行走速度，t为间隔时间，圆锥体底半径为家畜间隔时间内平均行走距离的1/2，即r=1/2vt，圆锥高度h即为单位家畜的潜在放牧强度h=12M/(π(vt)2)。
7.根据权利要求1所述的一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于：所述单位家畜的潜在放牧强度在r t 位置的放牧强度为h t =h-h*r t /r，其中h为单位家畜的潜在放牧强度，r为单位家畜特定间隔时间的行走距离，r t 为单位家畜到圆锥体底面原点的距离，h t 为单位家畜在r t 位置的潜在放牧强度。
8.根据权利要求1所述的一种家畜自由放牧状态下畜群放牧强度的测定方法，其特征在于：所述畜群的放牧强度为全部单位家畜的潜在放牧强度的圆锥体进行强度叠加得到。
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