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濕地作為地球生態(tài)系統(tǒng)的“腎臟”，承載著固碳、調(diào)蓄洪水、維護(hù)生物多樣性等關(guān)鍵功能。在云南洱海東岸，豐富的濕地植被構(gòu)成了湖濱生態(tài)的核心屏障，而精準(zhǔn)識別這些植被類型，是開展?jié)竦乇Ｗo(hù)與生態(tài)管理的重要前提。
傳統(tǒng)濕地植被識別常面臨高光譜數(shù)據(jù)維度冗余、細(xì)微光譜差異難捕捉的痛點(diǎn)，導(dǎo)致分類精度不盡如人意。杭州彩譜科技FigSpec FS-60高光譜成像儀憑借卓越的光譜采集能力，在洱海東岸濕地植被識別項(xiàng)目中成功破局，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與建模方法，實(shí)現(xiàn)了三種典型濕地植被（菰、蘆、槐葉蘋）的高效精準(zhǔn)分類。
2023年9月，科研團(tuán)隊(duì)選用大疆M300RTK無人機(jī)搭載彩譜FigSpec FS-60高光譜成像儀，在洱海東岸金梭島附近開展數(shù)據(jù)采集工作。為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，飛行參數(shù)經(jīng)過精心調(diào)試：飛行高度100m，航速7m/s，航向與旁向圖像重疊度達(dá)85%，配合5.86μm的像素尺寸與1920×1080的圖像分辨率，最終實(shí)現(xiàn)約5cm的地面分辨率，精準(zhǔn)捕捉每一株植被的光譜細(xì)節(jié)。
考慮到測量環(huán)境與傳感器特性，團(tuán)隊(duì)先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行白板輻射校正與反射率校正，剔除信噪比較低的邊緣波段，保留400~850nm的有效光譜范圍。隨后通過SG平滑處理降低噪聲干擾，同時進(jìn)行包絡(luò)線去除（CR）、一階微分（FD）等光譜變換，為后續(xù)分析夯實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)——這一系列操作，充分發(fā)揮了FigSpec FS-60高光譜成像儀高靈敏度、低噪聲的硬件優(yōu)勢，確保了光譜數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性。
面對高光譜數(shù)據(jù)的高維特性，單純的光譜變換難以充分挖掘植被間的細(xì)微差異。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入變分模態(tài)分解（VMD）技術(shù)，將處理后的原始光譜分解為8個不同尺度的模態(tài)，通過頻域分析放大植被在生化組分差異上的光譜響應(yīng)。
在特征提取環(huán)節(jié)，采用競爭性自適應(yīng)重加權(quán)（CARS）算法，從原始光譜、兩種變換光譜及8個分解模態(tài)中精準(zhǔn)篩選特征波長。結(jié)果顯示，篩選后的特征波長數(shù)量大幅減少（最少僅2個，最多17個），且大多集中在植被吸收特征區(qū)間（如525nm反射峰、650nm吸收谷、紅邊波段等），既解決了數(shù)據(jù)冗余問題，又保留了最具辨識度的光譜信息。
建模階段，團(tuán)隊(duì)采用貝葉斯算法優(yōu)化支持向量機(jī)（Bayes-SVM），通過Kennard-Stone算法按2:1比例劃分訓(xùn)練集與預(yù)測集，迭代100次優(yōu)化模型參數(shù)（最優(yōu)參數(shù)c=1248.9，g=0.001753）。最終，基于VMD第4模態(tài)（S4）特征波長構(gòu)建的S4-CARS-Bayes-SVM模型表現(xiàn)最為出色：精確率（PR）達(dá)0.9333，召回率（RR）為0.8889，F(xiàn)1分?jǐn)?shù)0.8963，AUC值0.9286，展現(xiàn)出極強(qiáng)的魯棒性與識別性能。
此次實(shí)踐的成功，不僅驗(yàn)證了彩譜FigSpec FS-60高光譜成像儀在濕地植被識別中的應(yīng)用潛力，更形成了一套高效可行的技術(shù)方案：通過“高光譜數(shù)據(jù)采集→多方法光譜處理→VMD模態(tài)分解→CARS特征篩選→Bayes-SVM建模”的全流程，實(shí)現(xiàn)了濕地植被的精細(xì)化分類。
相較于傳統(tǒng)方法，該方案不僅大幅提升了分類精度（較原始光譜模型AUC值提升0.2382），還顯著降低了模型運(yùn)算成本，為濕地生態(tài)監(jiān)測提供了快速、精準(zhǔn)的技術(shù)工具。其應(yīng)用價值體現(xiàn)在多個方面：
l 助力生物多樣性保護(hù)：精準(zhǔn)識別特有植被分布，為紫水雞等瀕危物種的棲息地保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持；
l 支撐生態(tài)恢復(fù)工程：實(shí)時監(jiān)測濕地植被長勢與變化，科學(xué)評估生態(tài)修復(fù)效果；
l 服務(wù)水資源管理：通過植被光譜特征反演生理參數(shù)，間接反映濕地水質(zhì)狀況。
從洱海東岸的實(shí)地探索到濕地保護(hù)的技術(shù)革新，彩譜科技始終以高光譜技術(shù)為核心，賦能生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。未來，我們將持續(xù)優(yōu)化高光譜成像設(shè)備與數(shù)據(jù)處理方案，為更多濕地、森林、農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與管理提供更加強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，用光譜科技守護(hù)綠水青山。
（論文原文可通過www.cnki.net搜索《多變分模態(tài)分解下的濕地植被高光譜識別特征波長優(yōu)選與模型研究》進(jìn)行閱讀）
機(jī)載高光譜相機(jī)FS60-C
產(chǎn)品特點(diǎn)
· 光譜范圍：400-1700nm
· 光譜分辨率：優(yōu)于2.5nm
· 光譜波段：1200
· 空間像素數(shù)：1920
· 搭載大疆M400無人機(jī)
