一种基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法

本发明属于草原毛虫幼虫监测，特别是涉及一种基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法。

背景技术：

1、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。随着全球气候变化和人类活动干扰加剧草地普遍出现退化，草原毛虫幼虫的嗜食性与家畜高度重叠，大量草原毛虫幼虫通过直接采食加剧草地退化的同时，也加剧草地生态系统的草畜矛盾。因此，开展大范围草原毛虫幼虫监测，完善预警机制，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。

2、对草原毛虫幼虫的研究主要集中于个别研究区域草原毛虫幼虫种类、危害程度和食物选择等研究。现有估算草原毛虫幼虫数量的方法主要是利用传统的地面调查方法在个别区域调查统计草原毛虫幼虫数量与分布。但这样的研究方法效率低下，需要耗费大量的人力、物力，不适用与大范围草原毛虫幼虫时空分布格局的研究、预警和防治。

3、现有技术草原毛虫幼虫进行监测存在以下缺点：

4、1、投入成本高、效率低下：传统样方法的采集样本过程需要耗费大量的劳动力，工作进度缓慢，从而导致该方法投入高；

5、2、难以长期、定点重复监测：由于工作量大，而且数据调查过程中的人为践踏对草地具有破坏性，难以高频次监测；因为每次调查人员不同，前一次调查的确切位置难以确定，从而无法实现对草原毛虫幼虫的长期定点监测；

6、3、时效性差和代表性有限：因为调查效率低，野外作业时长要求高且可供调查的时间短，无法实现短时间内大范围调查草原毛虫幼虫；

7、4、特定环境下难以开展调查：由于传统样方法需要现场调查和记录，导致其难以在沼泽、高山以及人为限制区域(例如私人所有牧场要经过允许，以及狗袭击等)等特定环境实施测量，导致样本数量和代表性受限。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，以解决传统草原毛虫幼虫监测存在效率低下、适用范围有限、破坏性取样以及操作成本高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，包括：

3、获取目标区域样地的若干航拍照片，将每一条航线获取的航拍照片作为一个监测单元；

4、基于yolov5构建草原毛虫幼虫自动识别模型，基于若干航拍照片圈取的草原毛虫幼虫训练样本对所述草原毛虫幼虫自动识别模型进行训练，对样本进行人工校正后用于模型训练，直至自动识别结果正确率高于预设值，采用训练校正后的模型对目标区域样地的全部航拍照片进行识别并标记；

5、对目标区域样地的全部航拍照片中的标记进行统计，获得草原毛虫幼虫在各个监测单元出现的频次，基于各个监测单元出现的频次获得草原毛虫幼虫的平均密度和均匀度；

6、根据所述平均密度将全部监测单元划分为若干个致害等级；

7、采用生态位模型，基于各致害等级的分布区以及所述分布区对应的自然和人为影响数据集获取关键影响因素并刻画当前空间分布特征，并结合未来气候预测未来气候情景下各等级灾害的发生区域，实现预警。

8、可选的，获取若干航拍照片的过程包括：选取目标样地，在目标样地内确认若干个航拍点，根据航拍点设定无人机航线，无人机沿航线飞行到达航拍点时，垂直向下拍摄照片。

9、可选的，所述航拍点呈矩阵状均匀分布在所述目标样地内。

10、可选的，所述无人机具备地形跟随系统且搭载有高分辨率相机，飞行高度固定为2m。

11、可选的，所述草原毛虫幼虫自动识别模型的训练标准为自动识别准确率超过90％。

12、可选的，通过频次的最大值与最小值获得草原毛虫幼虫的均匀度，过程包括：取最大频次值与最小频次值的差值，取最大频次值与最小频次值的和，取差值与和的比值作为所述均匀度。

13、本发明的技术效果为：

14、1.大范围监测：利用无人机灵活、操作简单的特性，并配套相应的航拍和记录、统计方法，实现了大范围的草原毛虫幼虫空间分布监测；有效解决了传统草原毛虫幼虫时空分布测定存在效率低下、破坏性、操作成本高以及难以大范围长期监测的问题；

15、2.高效率、低成本：省略了传统方法中收集样本和行走采样的过程，节省工作时间和人力劳动量的投入；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；

16、3.无破坏性：采用非破坏性取样，保证定点长期监测的准确性和代表性；

17、4.可实现长期、定点以及在特定环境下监测：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；

18、5.操作简单，打破了传统测定方法的局限性，适于推广应用。

技术特征：

1.一种基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于无人机遥感技术的草原毛虫幼虫监测和预警方法，包括：涉及草原毛虫幼虫监测技术领域，利用无人机灵活、操作简单的特性，并配套相应的航拍和记录、验证、统计方法，实现大范围的基于无人机遥感毫米级测量精度的可见光影像数据获取；在不同草原类型区、典型气候区和人为干扰强度区开展模型构建、验证与结构参数对比分析；使用YOLOv5算法解算出影像中草原毛虫幼虫的数量及密度。这样的方法，使用小型廉价的无人机获取大范围的草原毛虫幼虫时空分布特征监测，人力消耗少，效率高、成本低；无破坏性；可实现长期、定点以及在特定环境下实时监测。

技术研发人员：孙义,姬文翔,骆逸飞,杨雨蝶,沈羽彤,董国强,吴文俊,廖雅芳,韦新仪,宜树华
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15