基于机载激光雷达点云的桉树林分蓄积量估算模型构建

【目的】通过2018年1—2月广西国有高峰林场机载激光雷达数据及地面调查数据,采用参数方法和非参数方法建立回归模型,反演桉Eucalyptus树人工林森林蓄积量。【方法】通过点云提取点云高度参数、点云密度参数、林分郁闭度等点云特征变量,采用参数方法 (逐步回归、偏最小二乘回归)和非参数方法 (随机森林回归、支持向量机回归)进行林分蓄积量构建,通过与样地实测数据对比,进行模型回归预测性能评估,进而选择出表现最优蓄积量反演模型。【结果】采用留一法对以上4种模型进行验证,结果显示：逐步回归模型R²为0.85、均方根误差(RMSE)为23.93 m³·hm^-2、平均绝对误差(MAE)为18.18 m³·hm^-2;偏最小二乘回归模型R²为0.81、RMSE为26.52 m³·hm^-2、MAE为19.94 m³·hm^-2;核函数为RBF的支持向量回归模型R²为...     

基于WorldView-3遥感影像与机载LiDAR的单木树高提取

基于WorldView-3影像与机载LiDAR数据,结合地面每木定位调查,采用冠层高度模型法提取天山云杉单木树高,比较分析不同数据源提取单木树高的精度,为山地天然林单木高度提取提供方法依据。以新疆农业大学实习林场天山云杉为研究对象,实测单木树高,并用RTK每木定位。以WorldView-3遥感影像、LiDAR点云为数据源,分别通过立体像对与布料模拟滤波分类的方法提取LiDAR与WorldView-3两种数字表面模型(DSM),以LiDAR点云生成的数字高程模型(DEM)为基础,解算两种数据的冠层高度模型(CHM)获取单木高度。基于LiDAR与WorldView-3数据的天山云杉单木识别率较高,平均识别率为96.3%和93.7%,平均漏检率为3.7%和6.3%;利用LiDAR提取树高的精度较高,平均精度为90.50%,而采用WorldView-3提取树高的精度略低于前者,平均精度为83.28%。通过对机载激光雷达点云数据进行布料模拟滤波分类,能够获得高精度的DEM数据,通过二者叠加运算是一种提取单木树高可行的方法;基于WorldView-3影像进行立体像对可以获得精度较高的DSM,在拥有...     

基于移动式三维激光雷达的柑橘冠层结构信息的获取

基于移动式三维激光雷达,建立了一种柑橘冠层结构信息(树高、冠幅、分枝角度)的获取方法：1)利用移动式三维激光雷达获取柑橘三维点云数据;2)选定SOR滤波组合(k,α)分别为(100,0.9),(20,1.2),(100,0.9)对冠层残缺叶片点云和叶片边缘点云进行滤波处理;3)利用Mean shift算法求取植株点云中心结合采集点角度,完成点云初始匹准;4)运用ICP算法进行精准拼接并构建完整植株的三维模型,提取柑橘的株高、冠幅和枝干角度信息。验证结果表明,三维模型获取树高、冠幅、枝干角度的相对误差分别小于等于2.5%、小于等于4.5%、小于等于5.5%,判定系数R²大于0.97,均方根误差大于5.1。     

融合地基与无人机载激光雷达的叶面积指数估算

以黑龙江省帽儿山林场的针阔混交林、针叶纯林两块样地为研究对象,基于地基激光雷达、无人机载激光雷达数据及两者融合数据,采用点云体素化理论、贝尔定律以及多元线性回归法估算森林叶面积指数,探究融合数据对估算叶面积指数结果的影响。结果表明：两种林分类型样地通过无人机载激光雷达数据体素法估算有效叶面积指数精度较低(R²分别为0.76、0.75,均方根误差分别为0.83、0.97),均方根误差较大;地基激光雷达数据体素法、无人机载激光雷达数据贝尔定律分别估算针叶纯林有效叶面积指数(R²=0.79,均方根误差=0.69;R²=0.78,均方根误差=0.55)均优于针阔混交林对应的估算结果(R²=0.74,均方根误差=0.63;R²=0.75,均方根误差=0.66);融合数据体素法(R²=0.84,均方根误差=0.54)与多元回归分析法(R²=0.86,均方根误差=0.62)估算针阔混交林真实叶面积指数精度均较高,但多元回归分析法的优势为估算的真实叶...     

基于激光雷达探测的变量喷雾控制系统设计

变量对靶喷雾系统能够提高药液利用率,减少药液浪费。笔者确定了激光雷达探测的变量喷雾控制系统硬件结构;研究了变量喷雾控制算法,通过采集信息计算靶标冠层体积,利用冠层体积计算对应喷嘴的PWM占空比,进而控制对应喷嘴的流速,其次分析了系统的延时,给出了系统5个部分响应时间的计算方法,实现系统延时补偿,确保了系统的实时性;设计了激光雷达探测的变量喷雾控制系统:上位机采用MFC多线程编程,实现靶标采集、树冠体积计算、PWM生成以及延时补偿,其具有一定的人机交互功能;下位机采用C51编程,用于接收上位机PWM指令,控制电磁阀启闭。体积计算试验验证了不同的速度和检测距离下系统靶标体积计算相对误差在10%以内,其计算方法具有一定的适用性。电磁阀控制参数与响应时间试验获取了系统PWM与喷嘴流速之间的关系参数以及电磁阀响应时间,结果表明PWM与流速之间呈线性关系,电磁阀的机构响应滞后于电信号响应约20 ms。     

基于分水岭优化思想的单木信息分割算法

基于机载激光雷达(Li DAR)技术和单木分割算法提取单株树木信息对于单木结构研究、理解树木生长、森林可持续管理具有重要的意义。本研究以分水岭算法为基础,使用可变窗口的局部最大值算法,并采用分层级的区域增长算法及由高度差和梯度构建的能量函数来分割树冠边界,从而优化树顶提取和相邻树冠的分割结果。以中国南方亚热带森林为研究区,测试了针对不同密度(低、中、高密度)、不同树种(白皮松和桉树)以传统分水岭算法和优化算法对于树顶提取及树冠分割的效果。为检验结果的准确性,在实验中对Li DAR数据和人工测量数据的分割结果进行了对比和验证,结果表明:对树冠顶点探测率而言,优化算法平均探测效果(树冠探测率r=0.90、树冠准确率p=0.84、总体准确率f=0.86)优于传统分水岭算法(r=0.62、p=0.81、f=0.78);对树冠边界探测精度而言,优化算法平均探测效果(R2=0.80、RMSE=0.22 m、RRMSE=12.03%)优于传统分水岭算法(R2=0.68、RMSE=0.28 m、RRMSE=17.45%)。在树冠探测上,桉树的准确率略低于白皮松,但是与白皮松的探测率相差较小,这表明白皮松对于优化的算法具有较好的鲁棒性,受密度等因素影响较小;在冠幅探测上,桉树和白皮松的精确度随着林分密度的增加而增加,且均有良好的表现。本研究是一种在传统分水岭算法基础上优化的算法,可以较好地提高单木信息分割的效果,这对于了解亚热带森林中林木经营管理、树木竞争及资源监测具有重要意义。     

林窗对黄檗幼树空间分布及生长发育的影响

【目的】林窗增加了林分空间结构的复杂性和林下生境的异质性,对林下幼树的更新具有重要影响。黄檗是我国国家重点保护野生植物,研究黄檗幼树的生长状况、空间分布与林窗空间结构的关系,有助于了解其对林下生境的适应性,对促进黄檗种群的更新具有重要意义。【方法】本文以2014年在北京百花山自然保护区内林下栽种的黄檗幼树为研究对象,于2021年对黄檗的生长及存活状况进行了调查,并使用背包式激光雷达获取了样地的林窗空间结构数据。采用空间点格局、生境关联性检验和方差分析等方法研究了林窗对黄檗幼树空间分布及生长状况的影响。【结果】（1）自然生长条件下,7年后黄檗幼树存活率为19.25%,在排除扩散限制后,存活黄檗幼树的空间分布表现为聚集分布。（2）林窗空间结构是黄檗幼树空间分布格局形成的重要原因,黄檗幼树分布与林窗边缘呈显著正关联,而与林冠区呈显著负关联。（3）黄檗幼树的基径在林窗边缘显著高于林冠区和林窗中心（P <0.01）,在林冠区与林窗中心之间没有显著差异;黄檗幼树的冠幅和树高则呈现显著的梯度变化（P <0.05）,即林窗边缘>林冠区>林窗中心。【结论】研究表明林窗对黄檗幼树的...     

利用大光斑激光雷达数据估测树高和生物量

通过对大光斑激光雷达数据GLAS波形的处理,建立模型反演树高、生物量并做精度检验,理论精度分别为93.7%和91.3%.结果表明:利用激光雷达数据反演树高、生物量比传统方法的精度有显著提高.     

背包式激光雷达林木点云帧间匹配算法比较研究

[目的]为了提高背包式激光雷达估测林木胸径精度,得到在不同坡度的林分下高精度帧间匹配方法.[方法]使用Ubuntu 16.04和ROS Kinetic系统,将背包式激光雷达在不同坡度的林分下扫描数据转化成单帧点云,并采用关键帧技术选取实验点云;应用ICP算法、NDT算法、基于点云曲率特征匹配算法、基于PFH特征匹配算法...     

基于激光雷达技术的郑州市行道树空间围合度研究

行道树作为城市道路空间的重要组成部分,对于提升城市道路品质和改善道路空间宜人度发挥着重要作用。选取郑州市作为研究区域,基于激光雷达技术,对道路及行道树样本进行定量化调查分析,利用宽高比、树冠占有率以及天空视图3个指标对行道树空间围合度进行研究。结果表明,样本行道树的平均宽高比为3.21,平均树冠占有率为30.83%,平均天空视图数值为0.43。其中,影响空间围合度的因素主要有道路宽度、道路等级、道路板式。研究结果将为城市行道树空间结构的优化及调控提供科学依据。