运用机载LiDAR数据对橡胶林地上生物量估测的采样尺度效应分析

气候变化下,森林生物量遥感监测是当前研究的热点,机载LiDAR作为重要的遥感信息源,其采样大小对生物量估测精度有着一定的影响。以机载LiDAR数据为信息源,以44块30m×30m的方形橡胶林实测样地数据为基础,对机载激光雷达数据进行不同尺寸采样(共21个采样尺寸,边长从10m至30m,间隔为1m),提取不同采样尺寸下的激光雷达参数,并与橡胶林地上生物量建立PLSR模型,就机载激光雷达采样大小对橡胶林地上生物量估测精度的影响进行研究。研究表明:当采样尺寸小于18m时,估测精度随着采样尺寸的增大而增大;而当采样尺寸大于18m时,估测精度随着采样尺寸的增大而减小,进而趋于平缓。结果虽然呈现出一定的规律性,但是差异并不是很明显。当采样尺寸为18m时估测效果最佳,模型决定系数(R²)为0.718,均方根误差(RMSE)为17.830 t/hm²;交叉验证精度P和RMSEcv分别为82.741%和18.874t/hm²。相较于实际样地(30m)尺寸下的估测结果,18m采样尺寸下的R²提高了1.989%,RMSE...     

联合资源三号与机载LiDAR的林分平均树高估测

提出一种将资源三号(ZY-3)立体影像的空间连续测量特性与LiDAR数据的高精度定位测高优势相结合的林分平均树高估测方法。首先从LiDAR离散点云提取地面点并内插生成分辨率为1m的林区DEM,同时根据点云强度提取与DEM同源且分辨率为1m的正射影像,分别作为ZY-3数据定向处理的高程控制基准和平面控制基准。通过ZY-3多类像对组合提取研究区DSM,其中三视DSM较二视DSM高程精度最佳。基于三视DSM,林区DEM,ZY-3多光谱数据提取的植被指数和野外实测树高数据,利用回归分析方法及高程误差修正方法分别建立了四个树高估测模型,实验表明,经高程误差修正后的改进树高估测模型精度最高,模型Adj R~2=0.913,其精度达到93.29%,是最佳树高估测模型。     

ZY3立体像对和机载LiDAR抽样数据协同估测森林平均高

【目的】探索一种适用于已具备林下地形,可协同利用少量实测样地数据、抽样式采集的机载激光雷达(LiDAR)条带数据和区域全覆盖的资源三(ZY3)立体像对数据有效估测区域森林平均高的方法,为提高森林资源调查效率和精度提供技术支撑。【方法】以广西高峰林场2个分场为研究区,2018年获取覆盖整个研究区的机载LiDAR、ZY3立体像对和少量实测样地数据。将LiDAR数据提取的DEM作为历史已存在的林下地形,从全覆盖的LiDAR数据中抽取12条飞行条带的LiDAR数据"模拟"抽样式采集的LiDAR数据,形成"林下地形+LiDAR抽样+ZY3立体像对+样地"数据集;以样地和LiDAR数据提取出LiDAR抽样数据对应的森林平均高为模型建立的参考数据(因变量Y),以ZY3立体像对提取的数字表面模型(DSM)减去数字高程模型(DEM)得到的CHM_(ZY3)为自变量(X),采用普通最小二乘(OLS)模型、k-邻近(KNN)模型和回归克里格(RK)模型估测森林平均高,并对其估测效果进行比较评价。【结果】OLS和KNN模型的均方根误差(RMSE)分别为1.88和1.96 m,估测精变(EA)分别为87.18%和86.64%;RK模型估测精度相对较高,RK_(OLS)模型的RMSE=1.84 m,EA=87.42%;RK_(KNN)模型的RMSE=1.86 m,EA=87.32%。【结论】本研究中2类4种模型均可有效估测森林平均高,回归克里格模型(RK_(OLS)、RK_(KNN))优于非空间模型(OLS、KNN),RK_(OLS)模型估测精度最高;在林下地形已知时,协同利用少量实测样地数据、抽样式采集的机载LiDAR条带数据和区域全覆盖的ZY3立体像对数据能够实现区域森林平均高的高效、高精度估测。     

点云密度对机载激光雷达大区域亚热带森林参数估测精度的影响

【目的】点云密度是影响机载激光雷达数据获取和预处理成本的关键因素,探明点云密度对森林参数估测精度的影响,为机载激光雷达大区域森林调查监测应用技术方案的优化提供参考依据。【方法】基于我国广西一个亚热带山地丘陵区域获取的机载激光雷达和样地数据,通过系统稀疏方法,将全密度点云(4.35点·m^-2)分别稀疏至4.0、3.5、3.0、2.5、2.0、1.5、1.0、0.5、0.2和0.1点m^-2,得到11个样地尺度的点云数据集,包括1个全密度和10个稀疏密度点云数据集;应用配对样本t检验方法,分析4种森林类型(杉木林、松树林、桉树林和阔叶林)中稀疏密度点云和全密度点云之间12个激光雷达变量的差异;通过变量和结构固定的多元乘幂模型式,分别采用不同密度点云数据集对林分蓄积量(VOL)和断面积(BA)进行估测,比较模型优度统计指标决定系数(R²)、相对均方根误差(rRMSE)和平均预估误差(MPE)的差异,并应用t检验方法分析稀疏密度点云VOL和BA估测值均值和全密度点云相应估测值均值的差异。【结果】1)点云密度较低时,稀疏密度点云分位...     

LiDAR采样形状及采样尺度对林分均高估测的影响

采样形状及采样尺度的合理选择对于节约人工成本、提高计算效率以及进一步提高森林结构参数估测精度均具有重要意义。以长春净月潭国家森林公园激光雷达(LiDAR)数据为基础,通过对LiDAR数据进行圆形及方形采样,并在方形采样的基础上对LiDAR数据进行不同空间尺度采样,从中提取一系列点云分位数高用于估测樟子松及落叶松的林分均高,以此量化LiDAR采样形状及采样尺度对不同林分均高估测的影响。结果表明:对樟子松而言,无论是圆形还是方形采样,林分均高估测结果最优时所对应的参数均为HP55,且方形采样林分均高估测结果(R~2=0.896,R_(mse)=0.853 m)高于圆形采样估测结果(R~2=0.892,R_(mse)=0.868 m);对落叶松而言,圆形和方形采样均是在HP99时林分均高估测结果最优,且圆形采样林分均高估测结果(R~2=0.741,R_(mse)=1.161 m)高于方形采样估测结果(R~2=0.705,R_(mse)=1.238 m)。在方行采样条件下,樟子松林分均高估测精度最高(R~2=0.904,R_(mse)=0.820 m)时所对应的采样尺度为35 m;落叶松估测精度最高(R~2=0.720,R_(mse)=1.206 m)时所对应的采样尺度为15 m。结果表明:不同LiDAR数据采样形状对不同林分类型均高估测的影响不同,且不同林分类型均高估测结果精度达到最高时所对应的采样尺度不同。     

基于机载LiDAR的单木结构参数及林分有效冠的提取

【目的】基于机载激光雷达(LiDAR)数据提取单木树冠三维结构参数(树冠顶点位置、树高、冠幅和冠长),并在此基础上对林分有效冠进行提取,为进一步研究林分尺度上的有效冠结构及其动态提供依据,以更好掌握并改进林业经营措施。【方法】采用一定规则下的局部最大值窗口搜索树冠顶点,进行单木树冠顶点探测和单木树高提取;以树冠顶点为标记,利用标记控制分水岭分割算法提取单木冠幅;采用垂直方向点云高程检测方法获取枝下高位置,提取冠长;在标记控制分水岭分割出的树冠边界,提取树冠接触高,取平均值作为该样地的林分有效冠高。【结果】树冠分割正确率为88.5%;结合样地实测参数对提取值进行相关性分析,树高R~2=0.886 2,冠幅R~2=0.786 4,冠长R~2=0.800 0,树高、冠幅和冠长精度分别为90.34%、86.80%和89.90%;同一林分内单木接触高相对比较稳定,对提取的林分有效冠高进行单因素方差分析,无显著差异。【结论】基于机载LiDAR数据,采用可变大小的动态窗口搜索局部最大值点,能提高单木结构参数的提取精度;利用树冠顶点标记控制分水岭算法,将高空间分辨率航片作为辅助数据,可完成较高精度的单木冠幅提取;垂直方向点云高程检测方法可提取单木冠长;LiDAR点云数据可对林分有效冠进行提取,在同一林分中,不同样本数量对接触高提取的变异性影响不大,有效冠高大致相同。机载LiDAR数据具有良好的单木树冠三维结构参数提取能力,能够满足现代林业调查对单木结构参数提取的需要,实现对林分有效冠的提取。     

机载激光雷达大区域亚热带森林参数估测的普适性模型式

【目的】针对当前森林参数估测模型受研究区条件、森林类型限制不具备普适性的问题,从森林三维结构分析描述出发,构建森林参数估测多元乘幂模型式,并测试其在不同森林类型不同森林参数估测中的表现,检验其推广能力,以期发现一个适用于不同森林类型不同森林参数估测的模型结构式,为激光雷达森林参数的一致性估测提供实践案例。【方法】以面积2.21万km~2的南亚热带丘陵山地区域为研究区,以面积法为基础,将刻画森林冠层三维结构的7个离散回波Li DAR变量进行组合,构建5个森林参数估测多元乘幂模型式,通过383块样地测试5个模型式在不同森林类型(杉木林、松树林、桉树林和阔叶林)不同森林参数(蓄积量、断面积和平均直径)估测中的表现。【结果】以激光雷达点云平均高、冠层覆盖度、叶面积密度变动系数、激光雷达点云高度变动系数、50%分位数密度为变量的模型结构式表现最好; 4种森林类型蓄积量估测模型的决定系数(R~2)分别为0.667、0.769、0.764和0.602,相对均方根误差(rRMSE)变化范围为18.53%～36.32%,平均预估误差(MPE)变化范围为3.37%～6.95%; 4种森林类型断面积估测模型的R~2分别为0.572、0.582、0.706和0.568,rRMSE变化范围为16.11%～30.82%,MPE变化范围为3.27%～5.89%; 4种森林类型平均直径估测模型的R2分别为0.574、0.501、0.709和0.240,rRMSE变化范围为10.07%～29.01%,MPE变化范围为1.83%～5.55%;最优普适性模型式的R2与各森林类型各森林参数最优模型的R~2的相差小于5%,rRMSE和MPE的相差均小于7%。【结论】本研究提出的模型式变量具有明确的生物物理意义和林学解析意义,可准确刻画林分冠层三维结构,在不同森林类型不同森林参数估测中均取得较好效果,具有良好的普适性,有利于提高不同森林类型估测结果的可比性,可用于机载激光雷达大区域森林资源动态监测。     

基于机载激光雷达的林隙结构参数提取

【目的】运用激光雷达技术识别提取林隙面积、边界木高和形状指数,为林隙结构参数调查提供技术支持。【方法】以机载激光雷达数据为数据源,以东北林业大学帽儿山实验林场内设置的5块林隙调查样地中的54个林隙为研究对象,通过对比普通克里金插值、反距离权重插值、样条插值、自然临近插值和局部多项式插值确定最优插值方法得到冠层高度模型,运用交替贯序滤波法对冠层高度模型进行林隙识别提取。【结果】通过对比5种插值方法的RMSE发现,普通克里金法适合插值DEM,反距离权重法适合插值DSM;采用交替贯序滤波法识别提取林隙时,林隙识别率为92.6%,运用配对检验法对提取的林隙面积、边界木高与野外调查数据进行检验,基于激光雷达技术提取的林隙面积和边界木高与野外实测值呈较强线性关系,R~2分别为0.983和0.737,其中提取的林隙面积与实测值平均相对误差为15.78%,林隙边界木高与实测值平均相对误差为11.94%。【结论】基于机载激光雷达数据采用交替贯序滤波能有效识别林隙且能准确提取其结构参数;坡度、坡位及冠层结构复杂程度都会影响冠层高度模型的插值精度;林隙面积提取受林隙边界形状和林层结构影响,林隙边界木高随着样地地形、坡度增加误差也随之增大。机载激光雷达技术具有获取地形和树木三维结构信息的优势,可为林隙识别及其结构参数提取提供新的遥感方法。     

氟化物污染对针叶林生长的影响

Ⅰ.氟化物浓度与针叶林生长之间的关系。 在受污染的针叶林内,根据年轮增长的测定值,表明云杉针叶内氟化物浓度与生长下降呈正相关(对数关系)其关系式为: y=-10.7+11.02 ln x(r=0.80)式中:x表示云杉针叶内氟化物浓度(PPM)     

环境因素对大型结构模态参数的影响

分析对大型结构损伤识别产生影响的环境因素及其影响机理,以海洋平台及其所处海洋环境为例,定量分析结构在温度、湿度、附着海洋生物、附连水质量和潮汐等因素改变的情况下结构模态参数的变化。     

平模成型机结构参数对成型过程的影响

为了研究生物质材料在平模成型机制粒过程中的塑性变形情况,针对平模成型机制粒过程中呈现出几何非线性、材料非线性和边界条件非线性的问题,采用连续介质力学方法建立生物质材料的力学模型并确定其本构关系,应用非线性有限元分析软件ABAQUS及其内置的Drucker-Prager Cap粉体物料本构模型,对生物质材料在平模成型机的挤压成型过程进行有限元数值模拟。结果表明:平模模孔锥角处的生物质物料挤压应力较大,由此造成物料在该处的塑性变形较为明显;减小模辊间隙和压辊直径可以促进物料的塑性变形,减小模辊间隙、增加压辊直径可以提高物料的压进量。由此得出:在平模模孔锥角处应加固模具防止损伤,模具应尽量减小模辊间隙和压辊直径以促进物料成型,而当模辊间隙一定时加大模辊直径有利于提高物料的压进量。研究结果可为平模成型机的制粒工艺及模具结构的优化设计提供借鉴和参考。     

磨牙中微管方向对结构损伤的影响

指出了人的牙齿在咀嚼中承受着变化多样的载荷,牙齿多孔的微观结构对结构损伤有着一定的影响。根据扫描电镜观察牙齿的微观结构,建立了3种二维的微观模型:椭圆微管长轴平行于圆周切向的周向椭圆孔洞模型、椭圆微管长轴平行于圆周径向的径向椭圆孔洞模型,以及微管为圆形的圆形孔洞模型。通过渐进损失讨论了微管排列方向对抵抗裂纹损伤的影响。结果表明:周向椭圆孔洞模型能有效增强牙齿抵抗微裂纹扩展的能力。这些结果对于天然复合材料的研究以及工程材料的应用有一定的指导作用。     

营林用火对针叶林地土壤化学性质的影响研究

营林用火对维护林地土壤生态平衡和林地养分管理有重要指导意义。在针叶林地每两个月燃烧一次,每次用火时间30 min、60 min、90 min、120 min和CK 5个处理,3次重复。1 a后统一采样,采样深度设置0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm 3个层次。结果表明：用火1年后,1土壤pH值变化不大,土壤有机质含量、土壤速效氮、土壤速效磷和土壤速效钾均有不同程度的增加。最大增幅分别为：燃烧30 min,5-10 cm土壤有机质含量增加50.2%,0-5 cm土壤速效氮增加34.9%,5-10 cm速效磷增加53.3%,10-20 cm土壤速效钾增加57.2%。2用火1 a后,燃烧60 min,0-5 cm有机质含量加39.4%,10-20 cm土壤速效氮增加20.6%,5-10 cm土壤速效磷增加38.2%,0-5 cm土壤速效钾增加51.5%。3燃烧90 min,0-5 cm土壤有机质含量增加38.5%,土壤速效氮变化不大,5-10 cm土壤速效磷增加38.4%,5-10 cm土壤速效钾增加51.7%。4燃烧120 min,10-20 cm土壤有机质含量增加38.5%,0-5 cm有效氮增加23.2%,5-10 cm的土壤速效磷增加42.9%,5-10 cm速效钾增加51.7%。土壤化学成分与用火时间没有关系,与燃烧时间长度关系很大。     

退化森林生态系统人工针叶林恢复对鸟类群落的影响

2005-2006年夏季在河北塞罕坝地区运用固定样线法对退化森林生态系统人工针叶林恢复形成的40年生人工针叶林鸟类群落进行调查,并同自然恢复形成的天然落叶阔叶林和天然针阔混交林进行比较.共记录鸟类39种.分别隶属于8目17科.结果表明:人工针叶林恢复对退化森林生态系统鸟类群落具有重要影响;人工针叶林鸟类物种数为(4.14±0.60)种·hm-2,密度为(26.21±7.64)只·hm-2,均高于或显著高于(P=0.018)天然阔叶林,且密度与天然混交林无显著差异(P=0.902),人工针叶林中的沼泽山雀和黄眉柳莺的密度有了显著提高,分别从(2.78±0.67)只·hm-2和(1.21±0.45)只·hm-2增加到(13.57±5.58)只·hm.(P=0.027)和(5.95 4-1.56)只·hm-2(P=0.009,0.002),但人工针叶林鸟类群落物种多样性值(H')较小(0.98 4-0.10)、均匀度(J)显著较低(0.73 ±0.04)(P=0.003,0.045);在鸟类4个取食集团中,人工针叶林有2个取食集团的物种组成与自然恢复无显著差异,但密度却有较大的变化,人工针叶林可以显著提高食虫鸟的密度(P=0.041),但杂食鸟和食谷鸟密度均显著低于天然混交林(P=0.007,0.002).     

落叶松毛虫危害对木材生长量影响的估测

利用设置样地和对照样地的方法，对样地平均木进行树干解析，并调查样地内虫口密度，通过树木的连年生长量来估测落叶松的受害程度及损失大小。     

沥青路面中结构参数的均值对路面可靠指标的影响

本文对沥青路面各项结构参数均值的变化对路面各项可靠指标的影响进行了较深的探讨。     

对向行车公路长隧道紧急停车带的布设

笔者结合在隧道设计中对长隧道紧急停车带的布设体会，介绍了目前在长隧道紧急停车带的布设中存在的一些问题，并提出了自己的见解。     

螺杆结构参数对3D打印挤出性能影响分析

浆料挤出质量对3D陶泥打印机制品的效果起着决定作用。以某螺杆挤出式3D陶泥打印机料筒为研究对象,在保障其基础结构不变的情况下,研究调整推进螺杆的关键技术参数,优化螺杆结构设计,提升浆料挤出性能。通过POLYFLOW流体软件对浆料挤出过程进行仿真,并利用Design-Expert软件构建4因素3水平共29组模拟试验。研究结果表明：螺杆各参数对挤出性能的影响程度从大到小依次为：螺槽导程、螺杆深度、螺棱宽度、螺杆大径。据此得到挤出螺杆的最优结构参数,设计最大挤出速率下的挤出螺杆结构。     

变量筛选方法对郁闭度遥感估测模型的影响比较

比较基于偏最小二乘回归的Bootstrap方法与传统的平均残差平方和(RMSq)准则所选变量建立模型的精度差别.结果表明:Bootstrap方法是一种更优秀的变量筛选方法,比RMSq方法精度提高约5%;而且它不受变量多带来的运算困难的限制,更便于实际应用.     

樟子松针叶床层结构对失水过程中含水率参数的影响

以樟子松针叶床层为例,初步研究可燃物结构床层结构特征对其失水过程中时滞和平衡含水率参数(基于Nelson模型)的影响。通过对15个不同厚度、载量、密度的樟子松可燃物床层的失水过程的分析,估计这些床层的时滞和平衡含水率参数,利用这些参数进行可燃物含水率模拟的平均绝对误差和均方根误差均不超过0.01,所估计的可燃物含水率参数有效。对可燃物床层结构特征对这些参数的影响的研究表明,可燃物床层厚度和载量对时滞和平衡含水率的2个参数a、b具有有显著影响,与时滞和平衡含水率参数b正相关,与平衡含水率参数a负相关,据此建立可燃物含水率参数的预测模型。该模型高估了时滞和平衡含水率参数b,低估了平衡含水率参数a。所得结果还有一些不确定性,特别是可燃物结构特征对平衡含水率参数的影响,需要在更宽的温湿度范围内、针对其他平衡含水率模型和在失水吸水2个过程上进一步研究。