手持式高精度立木胸径测量设备设计与试验

为了在森林资源调查中快速、高效、精准地测量立木胸径,提高调查作业的工作效率,设计了一种手持式高精度立木胸径测量设备。该设备集成了中央处理器、胸径传感器、液晶显示屏、存储器、无线通讯模块等,其中,胸径传感器是利用电子技术和机械原理将测量长度信息转换为电压信号,由中央处理器处理计算得到胸径测量值。该设备以无线通讯方式配合载有数据接收端的智能手机协同使用,可实现胸径的测量、编码、记录、编辑、存储和导出等功能。野外试验结果表明,该设备在不同树种间的立木测量精度均不小于99.97%,符合国家森林资源连续清查工作的测量精度标准,测量效率达传统测径围尺工作效率的2倍以上。     

面向GF-1数据不同融合方法对扰动地块的提取

以GF-1影像为数据源,采用HPF变换(High-Pass fusion,高通滤波变换)、Ehlers变换(空间滤波变换)、Brovey变换(彩色标准变换)、GS变换(Gram-Schmidt,正交化变换)、PC变换(Principle Components,主成分变换)等5种常用融合算法,根据视觉分析和数理统计分析对融合后的影像进行质量评价,并通过面向对象分类方法对扰动图斑信息进行提取,研究适用于生产建设项目集中区扰动地表信息提取的融合算法。结果表明:基于PC和GS算法的融合结果影像视觉效果好,细节清晰,色调自然,纹理增强明显,较好的融合了多光谱影像的光谱信息和全色影像的空间信息。通过定量分析可知,PC变换最大程度地保持原多光谱影像的光谱特性,GS融合算法在增益效果上具有优势,融合影像信息量最大,纹理最为细致。总体而言,PC变换和GS变换影像融合算法在生产建设项目扰动图斑信息提取上具有很大的优势,在煤炭覆盖区提取正确率均为100%,在裸露地表和在建建筑用地混合区大于80%,较原始多光谱影像分类精度提高了约10%。该研究为推进国产高分遥感数据在生产建设项目水土保持监管中的高效应用奠定数据基础,对提升生产建设项目水土保持监管效率和信息化水平具有非常重要的意义。     

机载激光雷达森林资源调查系统的设计与试验

机载激光雷达对森林空间结构和地形具备较强的探测能力,已成为森林资源调查的重要技术手段,但目前针对该技术应用于森林资源调查方面的系统建设研究相对较少。为了实现林业的可持续发展,满足当今森林资源精准监测及管理的需求,从应用角度出发,以机载激光雷达数据为基础,结合机载激光雷达技术、地理信息系统技术与林业资源调查管理技术,搭建了适用于林业的专业森林资源调查系统。该系统以C++为编程语言,结合QT图形界面库、VTK三维引擎库及GDAL影像处理库开发而成,利用机载激光雷达点云数据实现高效的森林区域数字高程模型生成、单木及林分相关参数提取等功能,实现森林资源数据库的更新,缩短了传统森林资源调查的时间周期,最终实现森林资源调查的自动化及系统化应用。以甘肃省张掖市大野口关滩森林站超级样地为试验区,基于样地调查数据对系统提取结果进行了精度验证,结果表明,系统提取的区域高程最大偏差为1.102m,平均偏差为0.737 m,单木树高、冠幅的平均相对误差分别为13.66%、14.18%,株树密度、林分平均高的平均相对误差分别为5.83%、9.86%。     

基于CT技术检测树木成像完整度的参数优化研究

将计算机断层扫描技术(CT)应用到树木的无损检测领域,设计基于不同CT参数扫描树木成像效果的比照试验,探索树木检测的CT参数阈值设定与优化。具体步骤与方法:1)采集12份树木圆盘标本,每份样木根据不同的CT参数设置拍摄200张影像;2)将不同成像完整度的影像进行分组归类后,对影像灰度值进行提取并得到各幅影像灰度值均值、灰度值标准差;3)利用SPSS软件统计分析CT参数与影像完整度间的关联性,并得到影响树木成像效果的关键参数设置阈值范围。结果显示:CT扫描树木成像清晰,其参数毫安秒(mAs)、定点位置(SP)间的相关性为0.972,影像完整度75%以上的mAs阈值区间为47～61,SP阈值区间为-66.4～-89.8。采集3份不同古树的标本,应用实验获得的CT参数阈值对标本进行扫描,以验证CT参数阈值选定的合理性。结果表明:所选CT参数阈值范围对于树木个体不存在明显的树种差异,可以满足树木无损检测要求。     

基于加权信息量模型的油松毛虫灾害发生危险性评价

【目的】充分考虑影响灾害发生及灾害等级的气象、地形地貌等多种因素,实现多因子灾害发生危险性评价和制图,以期为灾前的防控和预警提供依据。【方法】以辽宁省西部的油松人工林为研究区,基于Landsat影像提取油松分布范围,以高程、坡向、坡度、降雨量、活动积温、日照时数、上一年灾害程度和距离上一年重灾区远近8个危险性评价因子,采用层次分析法确定各因子权重,建立加权信息量模型,结合GIS空间分析方法,将油松的受灾危险性划分为5个等级:极低危险区、低危险区、中危险区、高危险区和极高危险区,实现危险区划制图,并与实际灾害程度监测结果对比进行精度验证。【结果】1)根据信息量法原理,信息量值越大代表发生灾害的危险性越大。本文计算得到的各因子类别信息量值均与油松毛虫的生物学特性相吻合。2)研究区2017年虫灾极高和高危险区主要分布在建平县北部,中危险区主要分布在北部部分地区和建平县与凌源市交汇处,其他地区发生虫灾危险性较低,与实际调查结果相吻合。3)最终划分等级中的中低危险区和实际受灾油松失叶率大小对应关系明显,实际成灾油松林地中有90.32%被划分至高危险区和极高危险区。【结论】基于加权信息量模型的油松毛虫灾害发生危险性评价充分考虑了不同评价因子对灾害发生影响程度的差异,得到的风险区划结果较为准确,具有应用价值,可为大区域的森林病虫害危险性评价及风险评估提供技术依据。     

基于无人机遥感影像的高精度森林资源调查系统设计与试验

为了实现林业的可持续发展,满足当今森林资源的精准化监测和信息化管理,该文以无人机航拍影像为数据基础,充分结合摄影测量技术、无人机影像后处理技术、地理信息系统技术和林业资源调查管理技术,构建了适用于林业调查和管理的专业森林资源调查系统。该系统以C#为编程语言,结合ArcGIS Engine10.2嵌入式组件技术开发而成,利用无人机影像实现高效快捷的林地空间区划、面积平差和高精度大比例尺的森林小班调查、信息提取等功能,可实现资源数据库的及时更新,极大地缩短了传统调查模式的调查周期,实现了森林资源的科学化管理。以辽宁老秃顶子林场作为试验区,利用1st Opt优化分析软件引入决定系数、估计值的标准差等评定因子,确定试验区冠径、树高、胸径之间的最优模型。同时基于试验区获取数据对系统进行了精度验证,结果表明,该系统获取坡度和高程的相对误差分别为5.17%和5.41%,株树密度、蓄积量的相对误差为2.68%和4.01%。     

2019-3ml目录

目的地表温度是区域与全球尺度地表过程分析与模拟的重要参数,在地表与大气能量交换的过程中扮演着重要的角色。本文使用3种算法对北京地区Landsat-8影像进行地表温度反演,并使用MODIS 地表温度产品对反演结果进行交叉验证,评估Landsat-8用于地表温度反演的精度与适用性,为后续使用Landsat-8反演地表温度的研究提供参考。方法对反演地表温度所需的3个重要参数（大气平均作用温度、地表比辐射率、水汽含量）进行获取,得到3个算法的反演结果后,对各个算法的结果进行敏感性和差值分析,并将结果与同期MOD11A1地表温度产品进行对比分析。主要分析手段包括北京市不同行政区之间算法结果与温度产品的平均温度结果比较、不同地类之间算法结果与温度产品的平均温度结果比较,以及选取尺度效应较低、温度随时间变化较小的密云水库中心区域比较两者的温差。结果3个算法的反演结果总体平均温差不超过1 K,其中Cristóbal等提出的改进后单通道算法与其他两个算法的温差最小,Wang等提出的改进后单窗算法与其他两个算法的温差最大。Landsat-8地表温度反演结果普遍高于MODIS温度产品。通过选取密云水库中心区域对本研究反演结果和温度产品进行对比可以得出,3种算法结果与MODIS温度产品的总平均差值为1.373 K。结论反演结果总体上具有较理想的反演精度。Jiménez-Mu?oz提出的劈窗算法具有最好的敏感性分析结果,且与MODIS温度产品的结果最接近。Landsat-8反演结果与MODIS温度产品在总体地温分布规律上保持一致,但Landsat-8因具有更高的分辨率而能更好地分辨小地块不同地类的地温差异,在精确反演地表温度领域拥有更大的优势。      

基于Sentinel-2时序多特征的植被分类

植被分类是研究森林资源状况和动态变化规律的基础,利用遥感手段可以更加快速、准确地识别植被类型。以位于内蒙古赤峰市喀喇沁旗西南部的旺业甸实验林场为研究对象进行植被分类。采用分层分类的思想,首先根据植被物候特征选取植被生长旺盛时期的影像,计算归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）并设定合适的阈值将研究区内的植被提取出来,剩余部分归为非植被。然后选取NDVI时间序列、最佳时相的Sentinel-2数据中10个波段的光谱反射率特征和主成分分析前3个分量的纹理特征作为分类特征,利用支持向量机分类器将研究区内的植被类型分为耕地、草地、常绿针叶林、落叶针叶林和落叶阔叶林五大类,并将分类结果与最大似然法、NDVI时序+光谱特征的分类结果进行对比分析。NDVI时序+光谱特征+纹理特征的多特征植被分类总体精度达87.64%,Kappa系数为0.85,分别比最大似然法和结合NDVI时序+光谱特征的分类总体精度提高了15.73%和14.61%,Kappa系数提高了0.20和0.18。其中常绿针叶林和耕地的分类结果与实地调查情况高度一致,分类精度分别达到95.65%和92.31%。从而得出:①基于多特征的分类方法有助于提高分类精度;②NDVI时序特征对于植被的区分具有很大帮助;③采用分层分类的思想,首先将研究区内的植被提取出来,可以排除非植被因素的干扰,有效提高植被类型的分类精度。     

树木年轮信息解析系统研制与试验

树木年轮信息在树木年代学、气候学、生态学、灾害学和环境学等领域研究中有重要的作用。为准确、快速地获取树木年轮信息，降低工作强度和操作复杂度，该研究设计了一种树木年轮信息解析系统。该系统在硬件上进行了机电一体化设计，主要包含滑台模组、旋转编码器、步进电机、置物台、手轮、工业相机、控制箱、光学显微镜、电脑等组件，基于C#语言和OpenCvSharp工具包设计上位机，所设计的上位机软件通过与工业相机、采集器和控制器通信来实现对年轮信息采集、处理和存储，实现位置计算、电机控制和图像识别。系统设计了2种方法进行年轮信息解析：1）电子显微定位法。在常规显微定位法的基础上，基于旋转编码器和螺旋测距法感知滑台线性位移进而实现年轮宽度测量，并使用工业相机和显示器代替传统显微镜来判读年轮线，最后可生成年轮解析图表；2）图机辅助法。在电子显微法的基础上，结合图像识别与电机控制算法进行改进。为验证系统的年轮宽度测量精度、年轮线识别准确率和解析效率，以传统显微镜和光学标定板作为参照工具，采集油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的木芯样品进行试验。试验结果表明：在年轮宽度测量精度上，电子显微定位法和图机辅助法的平均绝...     

我国森林经理学科课程教学与科研方向的若干思考

森林经理学是研究森林资源经营和管理的综合性学科。我国森林经理学科发展道路曲折,目前存在诸多问题,学科面临被弱化的困境。因此,必须加强学科课程教学改革和科学研究,提高创新能力。文中简要回顾了我国森林经理的发展历程,分析了目前森林经理学科发展中存在的问题和原因,提出我国森林经理学科课程教学改革的途径和当前的重要科研方向。