In diesem Protokoll kann die vorgeschlagene Methode zur Schätzung der invasiven Biomasse auf der Grundlage von UAV-Fernerkundung und Computer Vision die Verteilung invasiver Organismen widerspiegeln und den Grad der invasiven Biogefährdung vorhersagen. Schätzungen der Verbreitung und Biomasse invasiver Organismen sind entscheidend für die Prävention und Bekämpfung dieser Organismen. Sobald invasive Pflanzen eindringen, können sie das Ökosystem schädigen und enorme wirtschaftliche Verluste verursachen. Die schnelle und genaue Identifizierung invasiver Pflanzen und die Schätzung der wichtigsten invasiven Pflanzenbiomasse sind große Herausforderungen bei der Überwachung und Bekämpfung invasiver Pflanzen. In diesem Protokoll nehmen wir Mikania micrantha als Beispiel, um eine Methode zur Schätzung der Biomasse invasiver Pflanzen zu erforschen, die auf unbemannter Luftfernerkundung und Computer Vision basiert und einen neuen Ansatz und eine neue Methode für die ökologische Erforschung invasiver Pflanzen bietet und die ökologische Forschung und das Management invasiver Pflanzen fördert.
Derzeit erfolgt die Biomassemessung von Mikania micrantha hauptsächlich durch manuelle Probenahme1. Die traditionellen Methoden der Biomassemessung erfordern viel Personal und materielle Ressourcen, die ineffizient und durch das Gelände begrenzt sind. Es ist schwierig, die Anforderungen der regionalen Biomasseschätzung von Mikania micrantha zu erfüllen.Der große Vorteil der Verwendung dieses Protokolls besteht darin, dass es eine Methode zur Quantifizierung der regionalen invasiven Pflanzenbiomasse und der räumlichen Verteilung invasiver Pflanzen bietet, ohne die Einschränkungen der Probenahme des Gebiets zu berücksichtigen und manuelle Erhebungen überflüssig zu machen.
Die UAV-Fernerkundungstechnologie hat bestimmte Ergebnisse bei der Schätzung der pflanzlichen Biomasse erzielt und ist in der Landwirtschaftweit verbreitet 2,3,4,5,6,7, Forstwirtschaft 8,9,10,11 und Grünland 12,13,14 . Die UAV-Fernerkundungstechnologie hat die Vorteile niedriger Kosten, hoher Effizienz, hoher Präzision und flexibler Betrieb15,16, wodurch Fernerkundungsbilddaten im Untersuchungsgebiet effizient erhalten werden können; Anschließend werden das Texturmerkmal und der Vegetationsindex des Fernerkundungsbildes extrahiert, um die Schätzung der pflanzlichen Biomasse in großen Gebieten zu unterstützen. Die derzeitigen Methoden zur Schätzung der pflanzlichen Biomasse werden hauptsächlich in parametrische und nichtparametrische Modelle eingeteilt17. Mit der Entwicklung von Algorithmen für maschinelles Lernen wurden nichtparametrische Modelle des maschinellen Lernens mit höherer Genauigkeit in großem Umfang bei der Fernerkundung der Schätzung von pflanzlicher Biomasse eingesetzt. Chen et al.18 nutzten gemischte logistische Regression (MLR), KNNR und Random Forest Regression (RFR), um die oberirdische Biomasse von Wäldern in der Provinz Yunnan zu schätzen. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Modelle des maschinellen Lernens, insbesondere KNNR und RFR, im Vergleich zu MLR zu besseren Ergebnissen führten. Yan et al.19 verwendeten RFR- und Extremgradienten-Boosting-Regressionsmodelle (XGBR), um die Genauigkeit der Schätzung der subtropischen Waldbiomasse anhand verschiedener Variablensätze zu bewerten. Tian et al.20 verwendeten elf Modelle des maschinellen Lernens, um die oberirdische Biomasse verschiedener Mangrovenwaldarten in der Beibuwan Bay abzuschätzen. Die Forscher fanden heraus, dass die XGBR-Methode bei der Bestimmung der oberirdischen Biomasse von Mangrovenwäldern effektiver ist. Die Schätzung der pflanzlichen Biomasse mittels Mensch-Maschine-Fernerkundung ist eine etablierte Praxis, jedoch wurde der Einsatz von UAV zur Biomasseschätzung der invasiven Pflanze Mikania micrantha sowohl im In- als auch im Ausland noch nicht berichtet. Dieser Ansatz unterscheidet sich grundlegend von allen bisherigen Methoden der Biomasseschätzung für invasive Pflanzen, insbesondere Mikania micrantha.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die UAV-Fernerkundung die Vorteile einer hohen Auflösung, eines hohen Wirkungsgrads und niedriger Kosten bietet. Bei der Extraktion von Merkmalsvariablen aus Fernerkundungsbildern können Textur-Features in Kombination mit Vegetationsindizes eine bessere Leistung bei der Regressionsvorhersage erzielen. Nichtparametrische Modelle können bei der Schätzung der Pflanzenbiomasse genauere Regressionsmodelle erhalten als parametrische. Um die Nullverteilung invasiver Pflanzen und ihrer Biomasse genau zu berechnen, schlagen wir daher die folgenden skizzierten Verfahren für das Experiment zur invasiven Pflanzenbiomasse vor, das auf Fernerkundung mit UAVs und Computer Vision basiert.