基于分层叠加的机载LiDAR点云单木分割

【目的】提出一种基于分层叠加的单木分割算法,以充分利用高密度激光雷达点云信息,提高林分中下层单木分割精度。【方法】区别于传统将冠顶点作为聚类种子点的单木分割算法,基于分层叠加的单木分割算法以点云水平切片后各层的局部最大值为种子点进行分层聚类,并通过分层叠加与迭代优化,减少枝杈等因素导致的过分割现象,在保证上层树单木分割精度的同时提高对中下层单木的提取能力。【结果】基于分层叠加的单木分割算法在不同密度落叶松林分均有较高单木分割精度,提取单木与实测单木总体匹配成功率最高达94%,在中高密度林分匹配成功率最高达92%,相较其他算法,对中下层单木的匹配率可提高20%～40%;在单木树高提取精度方面,单木提取树高与实测树高相关系数为0.8,相对均方根误差为8.45%,提取冠幅与实测冠幅相关系数最高为0.83,相对均方根误差为16.5%。【结论】通过分层聚类、聚类种子点优化选取,充分利用林分各层次点云信息,可提高单木分割精度,为森林经营管理提供高精度数据支持。     

基于双尺度体元覆盖密度的TLS点云数据单木识别算法

针对现有的地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)点云数据单木识别算法存在抗噪性差的问题,本文提出一种基于双尺度体元覆盖密度的TLS点云数据单木识别算法。首先选择内蒙古根河林场的兴安落叶松天然次生林为研究对象,利用徕卡C10三维激光扫描仪获取单测站点云数据;然后通过计算双尺度体元覆盖密度滤除非树干点;最后通过分析体元水平坐标(x,y)位置处的体元z值序列确定滤波后点云数据中的单木位置。研究结果表明:该算法二次滤波结果的平均噪声比为1.66%;滤波后保留的单木数量是实际单木数量的88.94%;滤波后点云数据的单木识别率98.3%,漏检率1.69%,过检率0.56%,实际点云数据的单木识别精度为87.43%。与已有的单测站点云数据单木识别的研究相比,本文提出的单木识别算法简单、抗噪性强且单木识别精度更高,这对于实现复杂密集林分样地单测站点云数据单木的准确识别具有重要意义。     

基于体元逐层聚类的TLS点云数据单木分割算法

为了提高地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)点云数据的单木分割精度及分割效率,以落叶期的蒙古栎人工林为研究对象,以TLS为基础数据,在三维点云数据体元化的基础上提出一种基于体元逐层聚类的单木分割算法,通过分析体元在竖直方向的z值序列准确获取单木的位置,然后利用模糊C均值算法以单木位置为初始聚类中心从最底层体元开始进行逐层聚类,最终实现样地水平蒙古栎单木分割。研究结果表明,通过分析体元在竖直方向的z值序列能准确获取单木的位置,本研究提出的单木分割算法能够实现样地水平单木的精确分割。     

基于单木位置特征的多源树木三维点云配准方法

【目的】针对不同观测平台获得的树木三维点云特征少、重叠率低、配准较难的问题,以不同视角不同平台的森林点云数据为输入,根据单木平面位置分布一致性原则,提出一种适用于多类型数据的无标记森林点云自动配准方法,实现以单木对象为语义特征的点对匹配。【方法】首先从不同类型点云数据中分别提取单木平面位置：对于侧视型点云,基于点云主方向离散度与主方向竖直角度偏差剔除部分非主干点云,采用体素点云剖分的连通分量分割方法识别单木主干,统计单木主干点云体素垂直分布最大值点作为单木平面位置;对于俯视型点云,采用标记分水岭算法分割冠层高度模型,提取单木并识别冠层顶点作为单木平面位置。然后以提取的单木平面位置为特征点,基于Laplace谱图匹配理论获取配准矩阵,完成4自由度点云粗配准。最后,采用主干点云匹配完成侧视与侧视点云的精配准,采用全局点云最近点迭代法与主干点云匹配完成侧视与俯视点云的精配准。【结果】侧视-侧视点云配准精度优于侧视-俯视点云,侧视-侧视点云粗配准平均误差为0.24 m,精配准平均误差为0.08 m;侧视-俯视点云粗配准平均误差为1.07 m,全局点云最近点迭代法平均误差为0.44 m,机载激光...     

高郁闭度人工林无人机激光雷达单木分割方法优化

【目的】针对高郁闭度林分条件下基于LiDAR点云数据单木分割林木提取困难、总体精度较低等问题,提出一种基于冠层起伏率结合分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法的分层分割法,为开展无人机LiDAR技术森林资源调查提供技术参考,为提高单木分割总体精度提供新策略。【方法】利用无人机激光雷达数据,采用分水岭算法、基于点云的局部最大值聚类算法和基于冠层起伏率结合分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法的分层分割法对高郁闭度思茅松人工林进行单木分割,并分析分水岭算法中4种CHM空间分辨率和3种DSM插值方法对单木分割效果的影响,与无人机高分辨率影像单木树冠目视解译结果进行比较,以探测率r、准确率p和F得分为指标对单木分割精度进行验证和评价。【结果】在幼龄林中,冠层起伏率较大,分水岭算法对单层林的分割效果优于基于点云的局部最大值聚类算法;在中龄林和近熟林中,冠层起伏率较小,分水岭算法易将思茅松树枝识别为树冠,基于点云的局部最大值聚类算法的分割效果优于分水岭算法;基于冠层起伏率结合分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法的分层分割法充分考虑不同龄组的林分结构差异,精度最高(F=0.75),优于分水岭...     

基于无人机激光雷达点云数据的单木分割研究

[目的]探索不同树种在样地和单木尺度上无人机激光雷达点云数据的单木分割效果,选取哈尔滨城市林业示范基地阔叶林(水曲柳)和针叶林(樟子松)两块样地为研究对象,对样地内树木点云进行单木分割并评价其分割效果,为后续单木结构参数的提取提供数据支持,同时丰富森林资源信息的调查手段.[方法]通过无人机激光雷达获得样地树木点云数据,...     

机载激光雷达人工林单木分割方法比较和精度分析

【目的】研究分水岭算法、四次多项式拟合法和基于点云的距离判别聚类法对人工林单木分割的适用性,分析3种方法对人工林单木分割的精度,探索进行单木分割时3种方法关键参数的最优选择。【方法】结合地面实测数据和目视解译方法,计算单木探测率、准确率和F得分,比较分水岭算法、四次多项式拟合法和基于点云的距离判别聚类法的单木分割精度,并通过改变栅格化冠层高度模型(CHM)的分辨率及调整基于点云的距离判别聚类法的距离阈值,分别对3种方法进行单木提取效果的敏感性分析。【结果】1)分水岭算法、四次多项式拟合法和基于点云的距离判别聚类法对人工林单木总体分割精度较高(F=0.76～0.83); 2)对于"复杂林型"样地,基于点云的距离判别聚类法的分割精度最高(F=0.78),优于分水岭算法(F=0.74)和四次多项式拟合法(F=0.53);对于"中等复杂林型"样地,基于点云的距离判别聚类法的分割精度最高(F=0.89),优于分水岭算法(F=0.84)和四次多项式拟合法(F=0.75);对于"简单林型"样地,基于点云的距离判别聚类法(F=0.89)、分水岭算法(F=0.89)和四次多项式拟合法(F=0.93)的分割精度都较高; 3)敏感性分析结果表明,当CHM分辨率为0.5 m×0.5 m时,分水岭算法和四次多项式拟合法的分割精度最高;当基于点云的距离判别聚类法的距离阈值近似样地平均冠幅半径时,其分割精度最高。【结论】对多种类型样地进行单木分割,体现了分水岭算法、四次多项式拟合法和基于点云的距离判别聚类法对人工林单木分割的适用性;结合多种类型样地充分评估并比较了3种方法对人工林单木分割的精度;通过对3种方法进行敏感性分析,阐述了进行单木分割时关键参数的最优选择。     

基于机载LiDAR点云多层聚类的单木信息提取及其精度评价

【目的】针对已有三维点云数据单木分割方法提取下层林木困难、准确提取林木数量占总体比例偏低导致提取工作有效性不高、提取效果受点云密度和林分结构复杂程度影响等问题,改进单木提取策略和算法,为Li DAR单木提取技术向生产实践应用转化提供支撑。【方法】以机载Li DAR点云数据为基础,提出一种基于分层聚类的三维立体单木分割方法,并对点云分层、分割、单木匹配等环节进行算法改进,实现空间异质性较高林分的单木分割和信息提取。【结果】改进后的算法可在高密度、高空间异质性林分中进行单木分割和信息提取,并能更合理地与地面实测林木信息匹配,可匹配的林木比例最高达88.70%,单木树高、林分平均高精度最高分别达92.38%、99.84%,树高基尼指数、树高变异系数精度最高达89.65%。【结论】通过多水平分层和纵向聚类融合,可提升对于林下层尤其是更新层林木的提取能力;构建提取有效性指标,更加关注成果的适用性;评价指标中加入空间结构精确度指标,可充分发挥Li DAR对空间结构的反演能力。     

基于激光点云数据的森林单木位置提取研究

以河北塞罕坝林场落叶松林地为研究对象，通过选取样地布设水泥桩和反射片，针对森林单木提取精度不高等问题，开展基于激光点云数据的森林单木位置提取方法研究，为森林资源调查的单木定位和数量统计提供参考。通过将采集的森林地面点云数据，采用反射片模式与各个测站点云数据进行配准，提出一种改进的体素空间邻域和RANSAC圆柱拟合方法，分3种不同大小的样地进行单木位置提取实验，结果表明，该方法的单木位置提取效果较好，提取精度均在93%以上。     

基于无人机可见光影像的华山松人工林计测参数提取

针对无人机在森林资源监测中的便携性特点,利用无人机RGB三波段影像进行森林计测参数(株数、树高及蓄积量)的提取及精度验证。以华山松人工林为研究对象,以无人机RGB影像为主要信息源,在前期进行5块0.08hm~2华山松人工林标准地单木定位的基础上,采用冠层高度模型(CHM)最大值法和点云分割方法,提取华山松人工林计测参数,建立无人机RGB影像的华山松人工林单木二元材积模型。研究结果表明:1)采用CHM最大值分割法较点云分割方法精度高,单木株数分割精度分别为87.17%和80.79%;提取得到的树高与其地面实测所得树高的R~2相比较,使用CHM方法,R~2为0.71;而使用点云算法,R~2为0.69。2)基于CHM最大值法提取的单株冠幅和树高所建立的二元材积模型,其决定系数(R~2)为0.94,均方根误差(RMSE)为0.033 8m~3;与基于云南省华山松人工林二元材积表的标准地实测蓄积量调查结果相比,基于无人机RGB数据的5块标准地蓄积量监测精度分别为79.72%,81.64%,83.57%,82.49%,80.28%,平均精度达81.54%。基于无人机RGB影像的华山松人工林在森林计测参数提取中,CHM最大值分割法优于点云分割,所建立的树高和冠幅二元材积模型,可为华山松单层人工林无人机遥感监测提供参考。     

配方施肥对刨花润楠土壤养分、微生物生物量及酶活性的影响

以刨花润楠(Machilus pauhoi)林为对象,进行氮、磷、钾配方施肥正交试验,探究了对刨花润楠土壤养分、微生物生物量及酶活性的影响。结果表明:相比不施肥对照组,各施肥组土壤中的有机质含量、全氮、磷、钾含量、微生物生物量含量以及酶活性均有不同程度的提高。氮肥、磷肥和钾肥在不同水平上对有机质含量、微生物生物量含量、酶活性均存在显著的影响效应。经隶属函数综合分析,氮磷钾配比N2P3K1时改善土壤养分状况,提高土壤肥力的效果最好。     

湿生竹新品种‘滇优1号’

‘滇优1号’属于竹亚科Bambusoideae玉山竹属Yushania Keng f.的湿地玉山竹Yushania uliginosa Yi et J. Y. Shi。因湿地玉山竹具有独特的耐湿、耐寒特性,曾于2004年、2008年先后2次从云南大理白族自治州云龙县海拔2 500 m处,小规模引种到海拔2 000 m的昆明金殿公园种植,其后曾经历数次淹没和浸泡,但依然生长良好。2015年5月,鉴于该竹的特殊价值,又在昆明呈贡滇池国际登录园苗圃继续扩大种植,规模达到4 000多株。经专家实地考察,发现该湿地玉山竹人工居群的各项特征与野生居群基本一致,除适应较低海拔的不同环境外,其竹丛明显矮小、叶片更纤细、节间更短、笋色更偏绿,但总体长势良好,各项特征表现稳定,因此确认为野生竹人工引种培育成功的一个栽培新品种,并定名为‘滇优1号’,学名为Yushania uliginosa ‘Dianyou 1’。     

近30年来东洞庭湖植被覆盖时空变化研究

洞庭湖湿地变化一直是湿地生态研究一项重要内容。本研究利用1989—2016年间6期的TM/ETM数据,结合气象、水位数据对东洞庭湖的植被覆盖度进行时空变化及关联分析,以期从长时间序列上揭示东洞庭植被覆盖变化的机理,为湿地植被保护提供重要的理论依据。结果表明:1)研究时段上,东洞庭湖的整体植被覆盖度存在降低的趋势,空间上,植被覆盖度等级围绕着水体呈现出由低到高的梯度差异。2)1989—2016年间,东洞庭湖的植被覆盖情况以退化为主,退化面积达到75.59%,且以轻度退化为主要类型;整体来说,研究区南边比北边退化程度高。3)研究区低、高植被覆盖区受水位变化的影响较大,与东洞庭湖特有的水文变化特征密切相关。     

世界单竹属栽培品种研究

竹亚科(Bambusoideae)单竹属(Lingnania McClure)是竹类植物中的一个特殊类群,由于其节间较长,特别适于劈蔑编制生产和生活用品,历史上一直都是其分布区居民不可或缺的生产和生活资料,被广泛栽培和应用。单竹属植物种类较少,全世界近20种,中国产14种,主要分布于华中及华南部分省区。越南有少量分布。为适应国际竹类栽培品种登录工作的需要,依据《国际栽培植物命名法规(ICNCP)》的规则和要求,经系统整理,已确认单竹属传统栽培品种4个,新登录栽培品种1个,再加上2个原栽培品种,共计7个栽培品种,分属于2个不同竹种。现将这些栽培品种及其相关信息整理,以便查阅和参考。     

6种典型盐生植物生长对盐土养分的作用研究

选择盐角草、盐地碱蓬、二色补血草、中亚滨藜、獐毛、星星草等6种典型盐生植物,采用野外原位种植,研究各生育期土壤速效氮、速效磷、速效钾、有机质、全氮含量的变化特征。结果显示,与生长初期相比,植物生长末期的盐角草、二色补血草、中亚滨藜、獐毛、星星草群落的土壤速效氮显著降低,中亚滨藜、獐毛、星星草群落的土壤速效磷显著降低,土壤速效钾虽有所降低,但并未达显著水平,土壤有机质和全氮随植物生长基本无变化。该结果可为未来盐碱地改良和治理提供参考。     

毛竹林伐桩处理方式对笋竹生长的影响

于2015—2017年在福建省永安市上坪乡和洪田镇,对3～5 a的毛竹纯林采伐后的伐桩进行灌水、灌水+施肥、施肥等处理,以不灌水也不施肥处理为对照,研究不同处理对毛竹林出笋成竹数量、新竹产量等的影响。结果表明:3种伐桩处理能够在一定程度上提高其冬笋产量,有效降低春笋的退笋率,提高其新竹生长量,有利于毛竹林生产力的提高。其中:灌水+施肥、灌水、施肥处理的冬笋产量分别比对照高22.2%、3.9%、6.2%;退笋率分别为27.2%、24.8%、23.1%,均低于对照毛竹林的34.3%;平均春笋出笋数分别达到830、700、720个·hm^-2,分别比对照高84.4%、55.6%、60.0%。此外,不同伐桩处理的春笋平均出笋数、平均成竹数和平均成竹率的差异达到极显著水平;不同伐桩处理的新竹生长量大小为灌水+施肥>施肥>灌水>对照。表明本研究中,对毛竹纯林采伐桩进行灌水+施肥处理的综合效果最好。     

广州二沙岛宏城公园鸟类调查

为了解广州二沙岛宏城公园鸟类的情况,2017年7月—2018年7月,采用样线和样点法对广州二沙岛宏城公园鸟类进行初步调查,同时采用样方法对植被进行调查。调查结果表明:①共记录鸟类27种,隶属于3目17科19属。其中雀形目种类最多,占总数的92.6%。鸟类区系以东洋界为主,占总数的51.9%;留鸟为主,占77.8%。树麻雀、白头鹎、八哥、暗绿绣眼鸟等为优势种,优势种鸟类多为杂食性;宏城公园鸟类的惊飞距离为2～8.7 m。②鸟类对食源树种具有不同的喜好,公园中最常见、鸟类最喜欢取食的食源树种有11种;乔灌木更容易为鸟类提供食物和筑巢,草地和藤本植物亦可为地面觅食和小型鸟类隐蔽提供场所。其结果可为城市化与鸟类保护相互关系研究提供参考。     

幼树阶段杉木不同无性系生长与形态性状分析

杉木是我国南方最重要的造林树种之一,在木材安全重大战略中具有举足轻重的地位。株型是决定杉木产量的核心要素,掌握理想株型的性状组成对提高杉木产量具有重要的意义。本研究对来自福建省洋口国有林场的14个杉木组培无性系造林后3 a内生长量和造林后第2年的形态指标进行比较与分析,研究试验林分郁闭前幼树阶段的形态与和生长特点以及它们之间的关系,为杉木理想型无性系的选择和不同株型的定向培育方法提供理论依据。结果表明:1)造林后1至3年林分树高的平均值分别为1.00、2.52和3.87 m,第3年的胸径平均值为4.76 cm,无性系的树高生长变异系数随着生长时间的增长呈下降的趋势,不同无性系的生长量之间存在极显著的差异;其中除020在高生长上优势明显外,054、061、063和023在3 a内的树高和胸径生长均具有较大的优势。2)造林后第2年坐生密度、冠幅、枝盘数、当年生节间距离、一级侧枝数和年盘二级分枝数的平均值分别为63.58片、176.1 cm、6.11、21.76 cm、21.02和19.88,且不同无性系之间存在极显著的差异;说明杉木株型之间的差异较大。3)通过聚类分析将无性系063、054及061归为浓密型杉木,无性系047、148、023及049归为稀疏型。4)生长与形态之间的相关性分析表明浓密型杉木的生长量更大,根据以上的分析初步认定,在生长初期,杉木的理想株型具有枝条浓密和冠幅宽大的特点。     

满洲里地区枣球蜡蚧发生危害调查

枣球蜡蚧是满洲里榆树上的主要害虫,以若虫和雌性成虫严重危害榆树。为了掌握该虫发生规律,对其展开了调查研究。研究结果,满洲里7个地区平均虫口密度为3.57个/10 cm,平均有虫株率为57.86%。危害最严重和最轻的地区分别是203国道和机械化林场,危害指数分别为30.2和0。不同地区枣球蜡蚧有虫株率图显示,由远方中学到机械化林场这7个地区枣球蜡蚧发生规律可能与榆树种植区地理方位有关,本次调查研究为今后防治杏球坚蚧提供有效的数据依据。     

南亚热带海岸沙地不同林分土壤微生物功能多样性及影响因素

以福建省东山县海岸沙地4种人工林分(木麻黄Casuarina equisetifolia、卷荚相思Acacia crassicarpa、湿地松Pinus elliottii、尾巨桉Eucalyptus grandis×E. urophylla及天然次生林Secondary Forest)为研究对象,采用Biolog-eco微平板法研究了南亚热带海岸沙地表层(0～10 cm)土壤微生物碳源代谢活性及多样性特征,分析了不同树种土壤微生物功能多样性、土壤理化性质影响的差异及相关性。结表果明:1)不同林分对土理化性质的影响存在显著差异(P <0.05),与人工林分相比,天然次生林土壤有效磷、全碳、速效钾含量及阳离子交换量均较高,而4种人工林分之间差异不明显;2)主成分分析(PCA)表明,与人工林分相比,天然次生林有较独特的碳源利用方式和较高的活性;碳水化合物类、氨基酸类、胺类是滨海沙土微生物利用的主要碳源;3)土壤微生物功能指数与土壤pH、有效磷、有机碳含量显著正相关,较低的有机碳、有效磷含量可能是限制滨海沙土微生物功能发挥的关键制约因素。4)在防护林更新改造过程中可通过套种乡土阔叶树种、增施磷肥等措施,调节土壤pH值,提高土壤有机碳及有效磷含量,增强土壤微生物活性,从而促进沙土质量的持续改良。