空中激光扫描技术助力自然保护区的监控

图片说明：用激光数据可以计算出森林的3D结构。 图片来源：TU WIen

仅仅把一块区域划为自然保护区是不够的，对该区域生态环境的持续监控也是必须的。自然保护区占欧盟总面积的五分之一，不可能靠步行检查这种传统方式监控如此广阔的区域。因此，有人正在开发新技术，以便从空中监控欧洲自然保护区。向地面发射短脉冲激光，采用缜密的计算机图形算法就能从反射的光信号中推断出有关这片区域的状况信息。

空中激光扫描

维也纳技术大学（Vienna University of Technology）Norbert Pfeifer教授说：“欧盟Natura 2000自然保护区网络规定要求最少每隔6年对保护区的状态进行一次评估，这种工程只能通过遥感技术完成。”

飞机在500-2000米的高空飞行，可以扫描300-800米宽的带状区域。每平方米有10%的面积被红外脉冲射线以50万次/秒的频率取样，这些脉冲会被反射回飞机。飞行期间，有程序会准确测量飞机到地面间的距离，然后画出一幅详细的3D地貌图。

软件识别结构

Norbert Pfeifer说：“我们的团队开发出了特别的分类软件，它能用数据信息分出不同种类的植被。”这类软件能够分辨出杂草和车道这样的干扰因素。

脉冲激光制取的3D地图比简单的空中拍摄照片涵盖的信息更多。激光扫描森林时，不是所有的激光光线都会被树顶反射，这样，即使底层的植被也会被激光检测到。生态健康的森林不仅有各种树木和灌木层，而且还有草本植物和各种草类。根据红外数据，科学家可以从数学上推断出这些次林冠层是否存在。

Norbert Pfeifer说：“当大家为生态监控处理遥感数据时，他们一般会关注容易推断的几个参数。我们的方法却不尽相同，我们使用数据计算生态学家现场采集的参数。”这样我们采用的数据就符合欧盟条例，而且可以直接与旧数据进行对比。

借助强大的新方法，我们能够进行更深入的研究。Pfeifer说：“如果我们不是关注监控参数，而是确定从空中获取的新参数，我们就能获得对地区生物多样性更好的描述。”

人类监控和计算机监控的结果一致

科学家在匈牙利的自然保护区测试了这个新的计算机图形算法，这里错综复杂地镶嵌着盐草甸、黄土草原和沼泽。部分数据用于调整算法，其余数据验证了这个算法。Norbert Pfeifer说：“我们的数据和现场观察者的一致率高达80-90%，这是巨大的成功。即使不同的人只要监控一个区域，一致率也会一样高。”

任职于匈牙利生态研究中心的András Zlinszky说：“本研究是利用遥感技术保护生态群落的重要一步，我们证明了遥感可以依照当地生态专家制定的规则监控Natura 2000自然保护区的实时状况。” （科学之家，译审：Y Li）

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