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這種高質(zhì)量的便攜空間傳感設(shè)備增加了生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)新應(yīng)用的可能性

（映維網(wǎng)Nweon?2022年07月14日）林下植被是森林生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)過(guò)程的重要組成部分，它可以影響種群、群落、物種相互作用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。盡管林下植被在科學(xué)上具有重要意義，但大多數(shù)研究依然依賴于傳統(tǒng)的物理植被測(cè)量。

傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)通常耗時(shí)且勞動(dòng)密集，而隨著林下植被的復(fù)雜性增加，獲取植被結(jié)構(gòu)代表性數(shù)據(jù)的難度會(huì)隨之增加。另外，由于林下植被的多維排列，傳統(tǒng)測(cè)量尤其難以獲取復(fù)雜的空間顯式數(shù)據(jù)。

盡管行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用先進(jìn)的LiDAR技術(shù)，但相關(guān)設(shè)備的成本十分昂貴，通常超過(guò)2萬(wàn)美元，而且攜帶困難。

針對(duì)以上問(wèn)題，萊斯大學(xué)的研究人員把目光投向了成本相對(duì)合理且支持精確空間測(cè)量的微軟HoloLens，因?yàn)檫@種高質(zhì)量的便攜空間傳感設(shè)備增加了生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)新應(yīng)用的可能性。

作為一種頭戴式混合現(xiàn)實(shí)設(shè)備，HoloLens配備了各種掃描儀，可以精確檢測(cè)、繪制和識(shí)別周圍環(huán)境中的對(duì)象，并允許用戶直接在視場(chǎng)與投影的全息圖實(shí)時(shí)交互。另外，當(dāng)前型號(hào)的HoloLens 2售價(jià)為3500美元，便于攜帶。

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，萊斯大學(xué)的研究人員測(cè)試了微軟HoloLens在野外進(jìn)行林下植被測(cè)量的能力。

具體來(lái)說(shuō)，團(tuán)隊(duì)為HoloLens開(kāi)發(fā)了一個(gè)相關(guān)的MR應(yīng)用VegSense，它允許用戶控制設(shè)備的環(huán)境掃描能力，并使用它來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化從林下植被收集的數(shù)據(jù)。他們通過(guò)四個(gè)方面來(lái)評(píng)估VegSense+HoloLens的能力：

• 檢測(cè)樹(shù)木和樹(shù)苗

• 測(cè)量樹(shù)木和樹(shù)苗的胸徑

• 檢測(cè)林下植被

• 計(jì)算林下植被的復(fù)雜性。

研究人員利用HoloLens+VegSense采集有關(guān)林下植被結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。他們?cè)诿總€(gè)采樣區(qū)域的中心激活了空間掃，而整個(gè)過(guò)程下來(lái)，每個(gè)采樣區(qū)域平均花費(fèi)時(shí)間小于5分鐘。在這里可以看出，HoloLens方案的測(cè)量耗時(shí)非常低。

然后，團(tuán)隊(duì)從Blender中保存的環(huán)境網(wǎng)格中提取了林下植被的測(cè)量值，并將其與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)采集方法的測(cè)量值進(jìn)行了比較。根據(jù)結(jié)果，團(tuán)隊(duì)表示：“我們發(fā)現(xiàn)使用HoloLens和VegSense收集的測(cè)量取得了不同程度的成功?！?/p>

如上圖所示，與較小的樹(shù)木相比，HoloLens能夠更容易檢測(cè)到較大的樹(shù)木和幼樹(shù)（圖2a）。根據(jù)擬合模型的預(yù)測(cè)，胸徑為10 cm的樹(shù)木被檢測(cè)到的概率為49.6%，這可能是因?yàn)閹缀鯖](méi)有檢測(cè)到較小的莖。胸徑為17.32 cm的樹(shù)木的檢測(cè)概率則為95%。

對(duì)于通過(guò)VegSense檢測(cè)到的樹(shù)木，傳統(tǒng)方法和VegSense胸徑測(cè)量值之間存在強(qiáng)烈、顯著的正相關(guān)關(guān)系，這表明HoloLens的胸徑估計(jì)值與手工測(cè)量的胸徑估計(jì)值非常相似（圖2b）。

相關(guān)論文：Measuring understorey vegetation structure using a novel mixed-reality device

總的來(lái)說(shuō)，本次研究主要測(cè)試了微軟HoloLens作為林下植被測(cè)量工具的效用。團(tuán)隊(duì)總結(jié)道，HoloLens+VegSense方案在測(cè)量林下植被和成熟樹(shù)木方面顯示出強(qiáng)大的潛力，但檢測(cè)小樹(shù)苗和細(xì)枝等精細(xì)植被結(jié)構(gòu)的能力有限，目前不適合清查幼樹(shù)。

不過(guò)，隨著微軟不斷提升和優(yōu)化HoloLens的機(jī)體能力，行業(yè)不斷的探索和優(yōu)化測(cè)量方案，基于微軟HoloLens的便攜式測(cè)量方案有望成為完整清查植被的重要工具。

萊斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)最后寫(xiě)到：“HoloLens的RGB攝像頭可以與VegSense集成，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)定位和識(shí)別單個(gè)植物物種。所述攝像頭同時(shí)可用于根據(jù)觀察到的光照差異來(lái)識(shí)別林冠間隙測(cè)量值。最后，HoloLens的混合現(xiàn)實(shí)界面可以允許用戶同時(shí)與虛擬掃描和周圍環(huán)境交互，從而可以更好地可視化植被結(jié)構(gòu)的變化。我們對(duì)HoloLens在進(jìn)一步了解生態(tài)知識(shí)方面的潛力感到十分興奮?！?/p>

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