本发明涉及地理信息，尤其涉及一种基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法。
背景技术：
1、森林保护修复生态成效评估是确保森林生态修复质量和效果的关键性工作，对于调整优化工程措施和布局、实现效益最大化与可持续具有重要意义。
2、目前，我国在生态保护修复成效评估体系建设方面取得了大量的研究成果，但生态修复领域涉及广泛，针对森林保护修复生态成效的评估尚缺乏科学的评估标准、统一的指标体系和评估方法。由于森林生态修复周期长、见效慢，传统人工地面调查的方式成本高、工作量大、且部分评估指标获取难度大，受调查人员认知水平和专业能力等主观因素影响，不同人员对同一指标的评估往往存在较大差异，导致不同修复区间评估结果的可比性差，难以满足低成本、快速、科学、客观开展森林保护修复区生态成效评估的实际工作需求。
3、因此，亟需一种能够用于进行森林保护修复生态成效评估的指标体系和技术方法，实现对森林保护修复效果的快速量化评估。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法。
2、一种基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法，包括以下步骤：获取待评估森林保护修复区的相关数据，得到评估区域的空间范围，并基于所述评估区域的生态条件，选定对应的参照生态系统；根据所述评估区域和参照生态系统的范围和地形条件，划定影像采集范围，通过多光谱无人机进行数据采集，得到多光谱遥感数据；结合森林保护修复措施，选定用于反映森林生态状况变化的生态指标，基于所述生态指标构建森林保护修复生态成效评估指标体系，所述生态指标包括必选指标和选择性指标，其中，所述必选指标包括植被覆盖度、地上生物量和郁闭度；将所述必选指标和至少两个选择性指标作为评估指标，建立森林保护修复生态成效指数；根据采集的所述多光谱遥感数据，计算所述评估区域和参照生态系统的评估指标，并对所述评估指标进行分级和赋权；根据评估区域的所有评估指标及对应权重计算生态成效综合得分，分析森林保护修复生态成效的评估结果。
3、在其中一个实施例中，所述选择性指标包括新增造林面积、病虫害发生率、归一化植被指数、叶面叶绿素指数、差值植被指数、比值植被指数、增强型植被指数、绿色归一化植被指数、归一化差异红边植被指数、优化土壤调整植被指数。
4、在其中一个实施例中，所述获取待评估森林保护修复区的相关数据，得到评估区域的空间范围，并基于所述评估区域的生态条件，选定对应的参照生态系统，包括：收集待评估森林保护修复区的工程设计图和实施方案，获取项目实时全周期的开工时间和具体修复措施，确定评估区域的空间范围；根据所述评估区域的地形地貌和植被类型的生态条件，选择相同地理气候区中与所述评估区域生态系统相同、生态条件相似、未实施生态修复措施且人为活动干扰小的区域作为参照生态系统，进行同步监测。
5、在其中一个实施例中，所述根据所述评估区域和参照生态系统的范围和地形条件，划定影像采集范围，通过多光谱无人机进行数据采集，得到多光谱遥感数据，包括：根据所述评估区域和参照生态系统的范围和地形条件，划定影像采集范围，创建无人机航线任务，设置航线飞行高度不高于120m、正射gsd优于10cm/pixel，前向重叠与旁向重叠不低于85％，采用多光谱无人机进行数据采集；对采集得到的影像进行空中三角测量，按照航飞序列对区域影像进行镶嵌拼接，对可见光影像进行匀色校正处理；将处理后的影像保存为tiff格式，数据空间参考转换为2000国家大地坐标系、1985国家高程基准，得到多光谱遥感数据。
6、在其中一个实施例中，所述根据采集的所述多光谱遥感数据，计算评估区域和参照生态系统的评估指标，包括：
7、采用像元二分法，通过归一化植被指数计算植被覆盖度，公式为：
8、
9、式中，fvc为植被覆盖度；ndvi为归一化植被指数；nsoil为纯裸土像元的ndvi值；nveg为纯植被像元或高植被覆盖度区域的ndvi值；
10、提取植被光谱指数、纹理特征或原始波段光谱特征作为特征变量，建立其余实测生物量数据的统计回归模型，反演得到森林地上生物量；
11、在采集得到的多光谱遥感数据上，采用绿叶算法对图像进行颜色空间变换，公式为：
12、
13、式中，r、g、b分别代表红色、绿色和蓝色波段的光谱反射率；
14、将进行颜色空间变换后gla<0的像素点定义为黑色背景区，采用k-means算法进行分类，采用像元统计法得到郁闭度；
15、通过多时相高分辨率遥感图像的对照判读，勾画新增造林图斑，利用面积统计工作，计算新增造林面积；
16、通过植被光谱特征分析和目视解译的方法，标记感病色变的病木，计算病虫害发生率，公式为：
17、
18、式中，nd表示病木的棵数，na表示树木的总棵数；
19、所述归一化植被指数的计算公式为：
20、
21、式中，nir为近红外波段反射率，r为红波段反射率；
22、所述叶面叶绿素指数用于判断植被叶片的叶绿素和含氮量，计算公式为：
23、
24、式中，redge为红边波段反射率；
25、所述差值植被指数用于植被稀疏区的植被生物量检测，计算公式为：
26、dvi＝nir-r
27、所述比值植被指数用于植被茂密区的植被健康状况监测，计算公式为：
28、
29、所述增强型植被指数用于植被茂密区的植被变化监测，计算公式为：
30、
31、式中，b为蓝波段反射率；
32、所述绿色归一化植被指数用于反映植被生长过程中的氮元素含量的高低，计算公式为：
33、
34、式中，g为绿波段反射率；
35、所述归一化差异红边植被指数用于反映高植被覆盖区植被的叶绿素含量，计算公式为：
36、
37、所述优化土壤调整植被指数用于反映植被生长初期的健康状况，计算公式为：
38、
39、在其中一个实施例中，所述对所述评估指标进行分级和赋权，包括：将所述参照生态系统的监测值作为参照值，所述评估区域的监测值作为真实值，分别计算真实值与参照值的变化量，根据所述变化量进行评估指标分级，采用平均归一化法对各评估指标的变化量数据进行标准化处理，将变化量映射至-1到1之间，计算公式为：
40、x＝xr-xc
41、
42、式中，x为现实值与参照值的变化量，xr为现实值，xc为参照值，x′为标准化后的变化量，xmean为变化量的平均值，xmax为变化量的最大值，xmin为变化量的最小值；根据标准化后变化量的大小对评估指标进行分级，将评估指标结果采用等间隔法分为五个级别；根据各个评估指标与修复措施的关联性和重要性程度，对评估指标进行赋权。
43、在其中一个实施例中，所述根据评估区域的所有评估指标及对应权重计算生态成效综合得分，得到森林保护修复生态成效评估结果，包括：采用fei模型计算生态成效综合得分，公式为：
44、
45、式中，ferei为森林生态修复成效指数，值越大表示森林生态修复成效越好，反之则表示成效越差；si为第i项指标的得分值，wi为第i项指标的权重，i为指标序号，n为指标数量；其中，当ferei值处于区间[85,100]时，表明生态成效评估结果为优秀；当ferei值处于区间[70,85)时，表明生态成效评估结果为良好；当ferei值处于区间[60,70)时，表明生态成效评估结果为合格；当ferei值处于区间[0,60)时，表明生态成效评估结果为不合格。
46、相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：通过获取待评估森林保护修复区的相关数据，得到评估区域的空间范围，并基于评估区域的生态条件，选定对应的参照生态系统，根据评估区域与参照生态系统的范围的地形条件，划定影像采集范围，通过多光谱无人机进行数据采集，得到多光谱遥感数据，通过评估区域与生态系统的对比，避免了前期数据采集分析工作，减少了工作量；结合森林保护修复措施，选定用于反映森林生态状况变化的生态指标，并基于选定的生态指标构建森林保护修复生态成效评估指标体系，生态指标包括覆盖度、地上生物量和郁闭度的必选指标以及选择性指标，以便于根据区域生态情况选定对应的指标进行生态修复评估；将必选指标和至少两个选择性指标作为评估指标，建立森林保护修复生态成效指数，根据采集的多光谱遥感数据，分别对评估区域和参照生态系统的评估指标进行计算，并对评估指标进行分级和赋权，以便于进行后续生态成效得分的计算；根据评估区域的所有评估指标及对应权重计算生态成效综合得分，分析森林保护修复生态成效的评估结果，从而实现对森林生态修复效果的快速量化评估，提高了评估工作的效率和科学性。
1.一种基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法，其特征在于，所述选择性指标包括新增造林面积、病虫害发生率、归一化植被指数、叶面叶绿素指数、差值植被指数、比值植被指数、增强型植被指数、绿色归一化植被指数、归一化差异红边植被指数、优化土壤调整植被指数。
3.根据权利要求1所述的基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法，其特征在于，所述获取待评估森林保护修复区的相关数据，得到评估区域的空间范围，并基于所述评估区域的生态条件，选定对应的参照生态系统，包括：
4.根据权利要求1所述的基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法，其特征在于，所述根据所述评估区域和参照生态系统的范围和地形条件，划定影像采集范围，通过多光谱无人机进行数据采集，得到多光谱遥感数据，包括：
5.根据权利要求2所述的基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法，其特征在于，所述根据采集的所述多光谱遥感数据，计算评估区域和参照生态系统的评估指标，包括：
6.根据权利要求1所述的基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法，其特征在于，所述对所述评估指标进行分级和赋权，包括：
7.根据权利要求1所述的基于多光谱无人机的森林保护修复生态成效评估方法，其特征在于，所述根据评估区域的所有评估指标及对应权重计算生态成效综合得分，得到森林保护修复生态成效评估结果，包括：
