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基于UAVRS的湿地植物物种多样性真值和抽样方法优化研究

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第一章 绪论

1.1 研究背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状与进展

1.3 研究内容与技术路线

第二章 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

2.2 研究数据采集

2.3 研究方法

第三章 基于UAVRS的物种多样性指数真值研究

3.1 数据采集与预处理

3.2 湿地植物群落物种多样性测度研究

3.3 小结

第四章 物种多样性指数抽样调查方法的对比研究

4.1 抽样调查的基本概念

4.2 物种多样性指数描述性统计特征

4.3 物种多样性指数主客观抽样方法的对比研究

4.4 不同抽样方法结果比较

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 不足与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的论文(著)及科研情况

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摘要

随着人类经济活动对湿地资源的利用强度不断升级,部分湿地资源遭到严重破坏,湿地植物物种多样性也成为了全球关注的热点问题。采集物种多样性信息是研究湿地资源和更好发挥湿地生态、社会经济功能的基础。但是,由于湿地生态系统自身的复杂性、数据挖掘工具的局限性和基础数据采集方法的主观性等原因,湿地资源研究仍然缺乏高质量的物种多样性数据。因此,为了保证物种多样性测度抽样数据既能反映湿地植物群落总体特征,又能节省人力、物力、财力和时间,选择合适的抽样方法至关重要。  本文于2019年8月在南昌市扬子洲洲滩湿地选择了一个“群丛”大小的四边形(边长分别为158m、145m、152m和162m)研究样地,使用Phantom4Pro进行航拍。共计飞行4个架次,飞行高度10米,获得1477张相片,空间分辨率高达3mm,在图形工作站上使用Pix4D软件生成试验区湿地植物群落正射影像,然后重新划定空间抽样框范围,实际计算面积为4304m2。以获得的人工实地植物调绘信息为基础,结合可见光影像中的形状、纹理、位置和颜色特征,将获得的样地无人机遥感影像,通过目视解译生成不同植物物种矢量图层。共计调查了研究区15种植物,分属12科14属,以多年生草本植物占据主导,其中以水花生、狗牙根为优势种,苍耳、水蓼为研究区常见种,多数物种频度小于0.1,重要值较低。基于15种植物物种分布的矢量图层为基础,以1m×1m尺寸(湿地草本抽样调查的常用样方尺寸)创建植物分布格网图层,并计算每个栅格的Shannon-Wiener物种多样性指数,共计4304个栅格或样方。计算得到各样方的Shannon-Wiener指数在0~1.301之间,表明试验区植物物种丰富程度较低,物种相对单一。  以获得的湿地植物物种多样性理论真值(空间抽样框中所有抽样单元的Shannon-Wiener指数均值)为基础,在可靠性95%和允许误差15%条件下,得到简单随机抽样、系统抽样和主观抽样的Shannon-Wiener物种多样性指数的参数估计结果。简单随机抽样、系统抽样和主观抽样的绝对误差分别为0.0217、0.0253、0.0135;相对误差(Er??=Z??/2√Y/Y)分别为15.32%、14.17%、14.35%。结果表明:未做均值处理情况下,简单随机抽样的绝对误差波动最大,说明该方法在湿地植物物种多样性抽样中稳定性较差,且相对误差略微偏大,不建议直接应用在物种多样性调查中;系统抽样整体上抽样效果较好,抽样相对误差较小,绝对误差变化小,稳定性较好;主观抽样的结果优于简单随机抽样和系统抽样。把三种抽样方法获得的样本参数进行平均化处理以后,主观抽样优势显得更加明显,绝对误差仅为0.0135,即所得的Shannon-Wiener指数最接近理论真值。  本次研究表明:借助无人机遥感有助于获取高质量、高分辨率的物种多样性数据,省时省力。相对于简单随机抽样与系统抽样,在调查者经验丰富时,采用主观抽样能显著提高物种多样性的抽样调查精度。

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