低空无人机应用丛书 ||《生态环境无人机遥感监测方法与案例》

生态环境问题关乎人类生存与可持续发展。及时、准确监测生态环境变化是制定与实施精准管理策略的前提条件。近年来，无人机及传感器快速发展，促进了无人机遥感技术的应用。凭借机动、灵活、成本低、受天气影响小、高时空分辨率的特点，无人机遥感已逐渐成为生态环境监测的重要手段之一。生态环境遥感监测涉及的要素众多且变化快，不但涵盖各类型生态系统的多种属性信息，而且监测对象的背景和光谱特征复杂。因此，基于无人机遥感实现生态环境的监测，需要从具体监测对象出发来搭配合适的无人机与传感器类型，高效地获取影像信息，并开发具有代表性的遥感分析诊断方法，实现对目标地物信息的准确估测与生态环境监测应用。

随着无人机遥感技术与应用的迅速发展，生态环境无人机遥感监测理论与方法不断充实与更新，该领域新技术、新方法、新案例亟须进行系统总结。因此，《生态环境无人机遥感监测方法与案例》 一书聚焦无人机遥感生态环境监测，系统总结生态环境监测应用场景中常用的无人机、传感器，并结合各领域典型案例介绍生态环境监测流程与算法。

全书共 13 章。各章节主要内容如下：

• 第 1 章，生态环境遥感监测无人机平台。无人机遥感顾名思义是基于无人机为平台的遥感技术。不同无人机遥感平台具有不同优缺点。本章分别介绍了目前常见的固定翼无人机、旋翼无人机、垂直起降固定翼无人机等无人机机型及其特点。

• 第 2 章，生态环境遥感监测传感器。传感器是无人机遥感的核心组件，其记录着来自目标地物的信息。不同类型传感器，其记录信息的谱段不同，适合于监测不同生态环境要素。本章详细介绍了可见光数码相机、多光谱相机、高光谱成像仪、红外热像仪、激光雷达和合成孔径雷达等常见无人机遥感传感器及其特点与适用范围。

• 第 3 章，洪水无人机遥感监测及灾后评估。洪涝灾害是我国常见的自然灾害之一，无人机遥感技术对及时发现灾情、布置抢险救灾、灾后评估与规划建设具有重要意义。本章介绍了基于组网无人机遥感技术的洪灾态势监测、灾后灾情评估的技术流程与实施效果。

• 第 4 章，河湖富营养化无人机遥感监测。水体富营养化是识别水体污染的重要指标。本章详细介绍了基于无人机遥感的水体叶绿素 a（Chl-a）浓度反演与水体富营养化分级评估的方法、流程与实施效果。

• 第 5 章，盐碱地土地质量无人机遥感监测。盐碱地分布广、面积大、类型多，及时掌握盐碱地的质量状况，对于合理规划农业种植结构具有重要意义。本章以黄河三角洲盐碱地为例，介绍了耦合无人机、卫星遥感影像开展盐碱地质量监测的方法与实施效果。

• 第 6 章，作物长势无人机遥感监测。及时掌握作物长势状况，根据作物的需求来进行精准管理，对于节约成本、增加农民收益、保护环境具有重要意义。生物量是作物重要的长势参数，本章以小麦生物量反演为例，介绍了基于无人机多光谱影像、激光雷达数据等开展生物量反演的方法与实施效果。

• 第 7 章，作物倒伏无人机遥感监测。作物生育中后期发生倒伏，将会显著降低作物产量和品质，及时监测作物倒伏情况对灾后减损与评估具有重要意义。本章以小麦倒伏监测为例，介绍了耦合无人机遥感与深度学习技术的小麦倒伏监测方法与实施效果。

• 第 8 章，冬小麦麦苗密度无人机遥感监测。合理的种植密度有利于小麦形成高产量和高品质，及时掌握麦苗密度对后期管理具有重要意义。本章介绍了基于无人机遥感与深度学习技术耦合的小麦种植密度监测方法与实施效果。

• 第 9 章，森林冠层覆盖度制图。森林冠层覆盖度的定义为冠层垂直投影所占的地面比例，是森林清查的重要内容。高分辨率的无人机立体像对影像为森林冠层覆盖度调查提供了可靠的数据源。本章以大兴安岭林区为例，介绍了基于无人机遥感立体像对的林区冠层覆盖度自动监测方法与实施效果。

• 第 10 章，森林松材线虫病无人机遥感监测与管理。松材线虫病发病快、破坏力强，是造成我国森林资源损失最为严重的森林病虫害。传统卫星遥感监测在观测频次、分辨率等方面难以满足松材线虫病监测的需求。本章以山东省烟台市东北部林区为例，介绍了基于无人机遥感的森林松材线虫病监测方法与实施效果。

• 第 11 章，野生动物无人机遥感调查。野生动物调查是保护野生动物和生态环境管理中的关键一环，基于无人机遥感的野生动物调查是一种安全、便捷且经济的手段。本章以玛多县野生动物调查为例，介绍了耦合无人机遥感与深度学习技术的藏野驴调查的方法与实施效果。

• 第 12 章，高原草地放牧强度监测与定量评估。畜牧业对于高原牧区社会经济可持续发展至关重要。适度放牧不仅有助于提高草地生产力，还能帮助牧民增收稳收。本章以若尔盖县向东村草原牧场放牧强度监测为例，介绍了基于无人机遥感的草地放牧强度监测方法与实施效果。

• 第 13 章，未来发展展望。本章对本书进行了系统总结，提出了生态环境监测中平台与载荷、应用场景与监测方法中存在的问题，并展望了未来可能的发展方向。

▋读者对象

本书适用于生态、环境、灾害、农业、林业、牧业等学科领域的学生、教师和专业技术人员阅读参考。

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▋主要作者简介

孙志刚

中国科学院地理科学与资源研究所研究员，博士生导师，中国科学院大学岗位教授，中国科学院“引进国外杰出人才”计划 A 类入选者；兼任中科山东东营地理研究院院长、中国科学院地理科学与资源研究所黄河三角洲研究中心主任、中国科学院禹城综合试验站副站长、中国科学院现代农业工程实验室副主任、中国农学会农业信息分会常务委员、中国农学会农业气象分会常务委员。长期开展陆地典型生态系统的空天地多尺度监测、模型开发与应用、遥感数据产品评价及其应用、农田生态系统对气候变化和人为活动的响应与适应、区域农业资源要素与农业系统优化等方向的研究；先后参与 / 主持过日本环境省、 JAXA 、 NASA 、中国科学院、 NSFC 、科技部支持的项目 / 课题 20 余项，以第一作者或者通讯作者发表高水平论文近百篇，获授权发明权利 8 项、软著 4 项，编写或参与编写著作 4 部。

陈鹏飞

中国科学院地理科学与资源研究所副研究员、硕士生导师，中国科学院特聘骨干岗人才，自然资源学会资源信息专委会委员，长期从事农作物遥感、生态遥感方向研究。先后承担国家自然科学基金项目、国家基础性工作专项课题、国家重点研发项目子课题等项目/课题12项。发表学术论文70余篇，其中第一作者论文37篇，被引1200余次；获得专利7项，软件著作权12项，团体标准规范8项；获得2022年度河南省科技进步一等奖(排名第六)。

▋低空无人机应用丛书

主编简介

廖小罕

中国科学院地理科学与资源研究所二级研究员、博士生导师。任中国民用航空局民航低空地理信息与航路重点实验室主任。近年来研究方向包括无人机区域组网遥感观测、无人机低空航路规划构建和无人机遥感大数据平台建设与编目标准等。学术贡献主要包括提出无人机低空公共航路概念并被纳入中国民航局政策文件，主编和出版了IEEE无人机低空空域运行标准（ IEEE Std 1939.1TM-2021），以及《无人机运行监管技术：发展与应用》和《轻小型无人机遥感发展报告》等专著，成果获得中国智能交通协会科学技术奖二等奖。重要研究成果包括主持研制的无人机应用云端管理系统（中科天网）经民航局批准运行（No. 11R1）。主持研制的“组网一号”遥感无人机载发车等成果入选国家十三五科技创新成就展，并获得地理信息产业协会科技进步特等奖。主持研制了基于高精度遥感和地理信息的空间三维路网规划系统（春蚕系统2.0）。

丛书序

无人机是高新技术领域快速发展的典型代表，具有技术含金量高、多学科融合度密集、技术更新换代迅速和应用普及度高等特点。近年来，我国无人机行业应用突飞猛进，无人机生产和销售数量均排在国际前列，尤其是轻小无人机在低空的应用处于世界领先地位，推动了低空经济的崛起。在 2024 年初召开的中央经济工作会议上，低空经济首次被视为战略性新兴产业，相关媒体报道非常活跃，全国范围内正掀起一轮低空经济发展的新高潮。2024 年是将无人机产业和低空经济作为国家未来经济发展引擎的重要时期。

在这一背景下，未来低空无人机深度和广泛应用是必然趋势。 得益于国家的“十三五”重点研发计划项目（“高频次迅捷无人航空器区域组网遥感观测技术”，2017YFB0503000）和“十四五”重点研发计划项目（“复杂环境无人机全时全域组网观测技术与综合验证”，2023YFB3905700）支持，“低空无人机应用丛书”得以集结出版。 丛书分析无人机低空应用技术集成创新、典型应用场景与产业链各环节，论述低空时代无人机技术的核心竞争力和创新方向，试图构筑低空经济发展新蓝图。

本丛书以无人机遥感技术集成开发与应用为切入点，探索无人机“遥感＋”应用，包括同步定位和绘图（SLAM）、视觉定位、增强现实（AR）导航、低空天路、组网协同等，实现传统遥感数据的落地深化与拓展应用； 探索“天路＋”新技术应用和发展，为有序促进优化低空空域资源利用、维护安全和谐低空，促进低空地理学和低空经济体系建设，以及完善和发展国家综合交通体系作出贡献，进而对我国民用无人机的应用发展，以及民航无人机运行管理体制机制的建设提供实践经验。

本丛书是国内外首套系统总结低空无人机应用的专业论丛，紧跟国家“低空经济”发展战略，以服务国家经济建设，促进科技进步和满足读者需要为目标，从高技术发展催生当代无人机发展以及社会进步对无人机遥感行业需求持续增长的视角出发，从理论研究、方法分析、技术探索以及应用实践等方面全面阐述低空无人机应用的研究现状、进展和发展趋势。 丛书内容涉及航空、交通、地理、遥感、GIS、生态、环境、水文等学科方向，探究低空地理学、低空地理信息等新学科理论，拓宽地理学研究领域。

中国科学院无人机应用与管控研究中心和中国民航局民航低空地理信息与航路重点实验室的核心科研队伍在“十三五”国家重点研发计划和中国科学院重点部署项目研究成果的基础上深化总结，结合“十四五”科技部重点研发项目的重要技术基础，凝炼出“低空无人机应用丛书”，我作为项目首席科学家和丛书主编、项目核心任务负责人担任编委、课题负责人及核心骨干共同撰写各分册。 编写团队由来自中国科学院、高校、民航系统、无人机制造和遥感应用企业的科研骨干、业务管理骨干和生产第一线人员构成。 丛书通过无人机将科研院所与高校、行业管理部门、应用及通信等高新技术企业等无人机多产业部门紧密联系起来，为低空时代无人机产业发展提供了多方位技术支持和解决方案。

期待丛书的出版及观点和信息的交流传播能够为我国低空无人机应用技术发展提供有益的参考，特别是在低空经济发展中发挥更大的作用。

最后，谨以此序，对所有为本丛书编撰作出贡献的专家学者表示衷心的感谢，也希望“低空无人机应用丛书”能够成为我国无人机和低空领域的重要学术著作，为中国无人机产业的腾飞和低空地理学科的蓬勃发展贡献力量。

——廖小罕

2024 年 3 月

ISBN：978-7-03-078418-6

本文摘 自《 生态环境无人机遥感监测方法与案例 》（孙志刚等著. 北京： 科学出版社，2024.5）一书“丛书序”“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

（本文编辑：谢婉蓉）

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