CN112033378A - 一种基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法 - Google Patents

一种基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于图像处理技术领域的一种基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法。该技术方法包括在调查开始时，在样地中放置一个长2m的标尺，并在每间隔1m处用醒目的红色物体进行标记；或在各边、角也放置醒目的红色物体进行标记，以指示无人机航拍图形的范围；无人机飞行高度确定和图像采集；设置相关图形分析参数进行图像预处理和计算鼠丘数目。本发明方法便于操作，适用性广，有利于基层人员掌握，计数的精确度高，有效降低鼠害调查过程中的体力劳动。尤其适合在天然草甸草原进行鼠害监测与防治工作，能够在短时间内对较大面积草地进行图像采集并测定鼠丘数目，改变了传统人工调查草原鼠丘数目的方法，节省大量的人力物力。

Description

一种基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法。
背景技术
东北鼢鼠鼠害主要分布于呼伦贝尔草原与大兴安岭山地林缘交界处的林间草地和草甸草原地带鼠害区域，草场因鼢鼠种群庞大，盗挖土壤猖獗，土丘泛滥牧，草损失惨重景观令人震撼。东北鼢鼠堆出的土丘，导致地表不平坦地表状况遭到了严重破坏，形成的土丘不仅给打草带来不便，特别是产草量因此而下降。此外，鼢鼠打洞堆出的土丘还埋没牧草，使原有牧草因此死亡，但一些根蘖性草类，如狼毒大戟，却能顶破土丘而生长，结果劣质牧草和有毒牧草在草群中数量相对增多，牧草品质下降。鼠类在草原上频繁活动，使草原裸露面积增大，加速了土壤水分的蒸发，降低土壤含水量的同时将土壤中有机物翻出，致使土壤肥力降低，严重影响草原可持续生产力。但是鼢鼠也是是草原生物多样性的重要组成部分，在草地生态系统物质循环，信息传递，能量流动等过程都起到重要的作用。鉴于鼢鼠在草地生态系统中独特的功能和地位，开展这种鼠的危害评价是防控和研究鼢鼠的前提和必要条件。灭鼢鼠，基本上都是人工灭鼠，鼢鼠危害等级、危害面积必须作好灭前调查。目前，一般选用鼢鼠推出的鼠丘数量来评价其对草地的危害程度。洞口或鼠丘数量的计数方法均采取人工计数，即在选定的样地(一般为0.25hm2)，多人合作目视并计数洞口或鼠丘数量的多少，受人力限制，调查样地范围较小，不利于鼠害的预警与检测，而且现有的调查需要大量财力、人力投入，效率低下准确率不高。目前也有一些基于无人机的监测技术，但是其过程繁琐，专业性强，不利于基层人员掌握，因此需要一个简单易行且效率高，准确率高的技术进行监测。
为此，本发明旨在提供一种基于无人机技术和图像处理技术的草甸草原鼢鼠危害监测方法，通过以大疆无人机航拍，在地面设置适当的比例尺，通过适当的航拍高度，获取航拍原始图像，再对利用图像处理软件把航拍图片进行图像处理，通过调整图像参数，实现航拍照片机器计数鼠丘数量，重点解决草甸草原鼢鼠鼠害人工监测时检测面积局限，费时费力、误差大、成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法，其特征在于，利用小型无人机航拍和图像处理技术对鼢鼠鼠丘数目进行调查；该方法包括地面比例尺的设置，无人机飞行高度确定和图像采集，设置相关图形分析参数进行图像预处理，计算鼠丘数目四个基本步骤如下：
步骤1，地面比例尺的设置，在调查开始时，在样地中部放置一条以上长2m或2m以上的标尺，并在每间隔1m处用醒目的红色物体作标记；同样在样地的各边、角也放置醒目的红色物体进行标记，以指示无人机航拍图形的范围；在样地上空，无人机在一定的飞行高度h进行图像采集；
步骤2，无人机飞行高度确定和图像采集是通过无人机航拍图形的范围、分辨率以及分析后结果的准确性指标来确定最佳的飞行高度h，同时进行图像拍摄；
步骤3，设置相关图形分析参数进行图像预处理，该图像预处理是首先设置相关图形分析参数，使用由National Institutes of Health开发的开源图形分析软件ImageJ进行对无人机所采集的图像预处理，标记鼠丘的轮廓；
步骤4，根据步骤3标记鼠丘的轮廓，计算鼠丘数目，使用图形分析软件ImageJ中Analyze Particles的图像预处理功能标记鼠丘图像，并自动进行计数。
所述设置相关图形分析参数为：在Threshold Color窗口中Color Space选择“HSB”，Hue范围设置到“220-225”，Brightness范围设置到“60-160”。
所述样地是将大草甸划分成的小地块；并依照顺序编号为a、b、c、d、e；无人机采集的样地图像也按照该顺序编号a、b、c、d、e储存；并与预处理图像标记f、g、h、i、j对应即记为a-f、b-g、c-h、d-I、e-j。
本发明有益效果是解决了草甸草原鼢鼠鼠害鼠害人工监测时费时费力、误差大、成本高以及调查范围小等问题，准确率均达到90％以上；其次，方法简单易行，更够实现效率高，准确率高的进行鼠丘监测；本发明过程简单，实用性强，有利于基层人员掌握。本发明不受地形以及路况的影响，特别适合地广人稀、道路崎岖、环境恶劣等鼠害严重地区的监测调查。
附图说明
图1为实际无人机拍摄鼠丘示意图。
图2为草甸划分样地示意图。
图3为不同飞行高度h无人机拍摄鼠丘的实际影像和经软件分析后识别出的鼠丘图像对应图；其中，以飞行高度h为6m、13m、28m、50m、84m分成五个格，每个格上部是无人机拍摄鼠丘的实际影像，下部是经软件分析后识别出的鼠丘图像对应图，即a-f、b-g、c-h、d-I、e-j；下部图中的黑点就是鼠丘图像；
具体实施方式
本发明提出一种基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法，该方法利用小型无人机航拍和图像处理技术对鼢鼠鼠丘数目进行调查；该方法，包括地面比例尺的设置，无人机飞行高度确定和图像采集，设置相关图形分析参数进行图像预处理，计算鼠丘数目。下面通过附图说明和具体实施实例对本发明进一步详细说明。
如图1所示为实际无人机拍摄鼠丘示意图；在样地1中部放置一条以上长2m或2m以上的标尺，并在每间隔1m处(在0m、1m和2m处)用醒目的红色物体作标记4；同样在样地的各边、角也放置醒目的红色物体进行标记4，以指示无人机2航拍图形的范围；在样地1上空，无人机2的腹部,镜头向下固定高速摄像机3，摄像机3与地面的高度为h,无人机2在一定的飞行高度h进行图像采集。在样地1中分布着许多小鼠丘6，和鼢鼠打洞堆出的土丘5，土丘5还埋没牧草，使原有牧草因此死亡，造成牧草产量降低，给牧民带来重大损失；其中，样地是将大草甸划分成相同大小的地块；并依照顺序编号为a、b、c、d、e(如图2所示)；无人机采集的样地图像也按照该顺序编号a、b、c、d、e储存；并与预处理图像标记f、g、h、i、j对应即记为a-f、b-g、c-h、d-I、e-j。
如图3所示的不同飞行高度h无人机拍摄鼠丘的实际影像和经软件分析后识别出的鼠丘图像对应图；其中，以飞行高度h为6m、13m、28m、50m、84m分成五个格，即无人机采集的样地图像按照也图3所示的样地顺序编号a、b、c、d、e储存；图3中每个格上部是无人机拍摄鼠丘的实际影像，顺序编号a、b、c、d、e；下部是经软件分析后识别出的鼠丘图像标记f、g、h、i、j；上下部对应图像编号记为a-f、b-g、c-h、d-I、e-j；下部图中的黑点就是鼠丘图像；不同飞行高度下的调查面积、监测结果和准确率如表1所示。从图2所示的不同飞行高度h：6m、13m、28m，对应的a-f、b-g、c-h的鼠丘图像比较清晰，由表1可知，飞行高度在6-28m范围内分析的准确率较高，同时考虑到一次拍摄所能调查的草地面积，在实际操作中建议选择28m-50m的高度进行图像采集比较合适。
所述无人机采用大疆御MAVIC-2变焦版无人机(1200万像素，续航时间34分钟)进行图像采集，通过无人机航拍图形的范围、分辨率以及分析后结果的准确性等指标确定最佳的飞行高度h，同时进行图像垂直拍摄，进行图像预处理是使用由National Institutesof Health开发的开源图形分析软件ImageJ进行对无人机所采集的图像预处理，在Threshold Color窗口中Color Space选择“HSB”，Hue范围设置到“220-225”，Brightness范围设置到“60-160”，由此便可识别并标记出鼠丘的轮廓。计算鼠丘数目是使用图形分析软件ImageJ中Analyze Particles功能，图像预处理标记的鼠丘进行计数，在AnalyzeParticles窗口中Size设置为“0.06-Infinity”通过该参数进一步确定所标记的区域是否为鼠丘，输出分析结果，便可得到鼠丘数目。如下表1所示不同飞行高度下的调查面积
表1 不同飞行高度下的调查面积、监测结果和准确率
Figure BDA0002667510710000051

Claims (3)

1.一种基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法，其特征在于，利用小型无人机航拍和图像处理技术对鼢鼠鼠丘数目进行调查；该方法包括地面比例尺的设置，无人机飞行高度确定和图像采集，设置相关图形分析参数进行图像预处理，计算鼠丘数目四个基本步骤如下：
步骤1，地面比例尺的设置，在调查开始时，在样地中部放置一条以上长2m或2m以上的标尺，并在每间隔1m处用醒目的红色物体作标记；同样在样地的各边、角也放置醒目的红色物体进行标记，以指示无人机航拍图形的范围；在样地上空，无人机在一定的飞行高度h进行图像采集；
步骤2，无人机飞行高度确定和图像采集是通过无人机航拍图形的范围、分辨率以及分析后结果的准确性指标来确定最佳的飞行高度h，同时进行图像拍摄；
步骤3，设置相关图形分析参数进行图像预处理，该图像预处理是首先设置相关图形分析参数，使用由National Institutes of Health开发的开源图形分析软件ImageJ进行对无人机所采集的图像预处理，标记鼠丘的轮廓；
步骤4，根据步骤3标记鼠丘的轮廓，计算鼠丘数目，使用图形分析软件ImageJ中Analyze Particles的图像预处理功能标记鼠丘图像，并自动进行计数。
2.根据权利要求1所述基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法，其特征在于，所述设置相关图形分析参数为：在Threshold Color窗口中Color Space选择“HSB”，Hue范围设置到“220-225”，Brightness范围设置到“60-160”。
3.根据权利要求1所述基于无人机航拍调查草甸草原鼢鼠鼠丘数目的方法，其特征在于，所述样地是将大草甸划分成的地块；并依照顺序编号为a、b、c、d、e；无人机采集的样地图像也按照该顺序编号a、b、c、d、e储存；并与预处理图像标记f、g、h、i、j对应，即记为a-f、b-g、c-h、d-I、e-j。
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