雷达昆虫学研究进展及应用前景

雷达昆虫学经过近50年的发展,取得一系列的重要成果。本文系统介绍了各类昆虫雷达的体制和功能,总结了相似体制天气雷达与昆虫雷达的主要区别,回顾了各相关国家雷达昆虫学的实践情况,归纳了昆虫雷达建制技术取得的进步,并展望了雷达应用的前景及其今后昆虫雷达建制技术的发展方向,以期促进我国昆虫雷达事业的发展。     

基于激光雷达的宁波市晴天消光系数垂直特征分布

对2015年7月至2017年6月宁波市镇海站晴天AGHJ-I-LIDAR激光雷达资料进行分析,发现355 nm波长的平均消光系数明显高于532 nm波长,355 nm波长的消光系数平均高值区可达>0.6 km^-1,离地面有一定的距离,主要出现在0.5~0.9 km的高度,时间上主要出现在9:00—23:00。消光系数>0.4 km^-1区域的上边界呈现出一定的日变化趋势,中午前后与日出、日落时相比略高。632 nm波长上消光系数高值区仅为0.4~0.6 km^-1,主要出现近地面层,集中分布在0.1~0.3 km的高度,时间上主要在13:00—21:00。划定不同消光系数的界限,统计超过界限消光系数的出现区域概率,结果表明,消光系数高值区的分布概率上,355 nm波长区域明显>532 nm波长对应区域;从高度分布上来看,355 nm波长高概率区域的上界和下界均比532 nm波长要高。同时,355 nm波长有明显的日变化,中午前后上界有峰值。     

地基激光雷达技术在森林调查中的应用研究进展

森林资源的实时监测是森林经营管理的重要基础。地基激光雷达以其快速性、准确性、非破坏性和自动化等优点逐渐取代了传统的森林资源调查方法,可用于单木参数和林分信息的提取,特别是传统方法难以获取的冠层信息,并解决森林地上生物量估计中的不确定性。文中主要介绍地基激光雷达技术在森林资源调查中应用的研究现状,分析讨论该技术的优缺点,并对其未来的应用前景进行展望。     

基于机载激光雷达校正的ICESat/GLAS数据森林冠层高度估测

针对星载激光雷达(geoscience laser altimeter system,GLAS)大光斑属性,该文提出了一种改进后的光斑尺度森林冠层高度估测方法,并分析了复杂地表对其估测精度的影响.首先,对机载lidar点云分类出地面点,并利用地面点对点云数据进行高度归一化处理,提取点云局部最大值得到光斑范围内机载lidar最大冠层高度;以机载lidar最大冠层高度作为模型参数拟合因变量,同时以坡度作为模型的输入变量,结合光斑大小和地表粗糙度,进行参数拟合,得到改进后光斑尺度森林冠层高度估测模型;最后,利用实测样地数据对冠层高度估测模型进行验证.结果表明:机载点云数据可以准确地反映光斑范围内森林冠层的分布,受到树种类型和点云密度的影响,不同森林类型的点云冠层分布存在明显差异.坡度等级直接影响GLAS光斑尺度森林冠层高度的估测精度,改进后的估测模型可以减小坡度对GLAS光斑森林冠层高度估测的影响,模型估测均方根误差(root mean square error,RMSE)稳定在3.26～3.88 m.样地Lorey's高与估测结果拟合度较好,相关系数r=0.66,不同森林类型光斑尺度冠层高度估测精度存在差异,混交林估测精度最高,r和RMSE分别为0.84和1.06 m.该方法可以有效减少地形条件对光斑尺度森林冠层高度估测的影响,并为更大尺度的冠层高度制图提供了有效的参考.     

沈阳地区一次重污染沙尘天气过程成因分析

以2023年4月11～14日沈阳地区一次重污染沙尘天气为例,利用常规污染物监测数据、气象数据、激光雷达数据及在线源解析数据,从气象条件和污染源传输等方面分析了此次污染过程的成因。结果表明：集中在近地面800 m以下,受弱冷空气南下影响,气团所携带污染物传输至沈阳地区造成可吸入颗粒物浓度迅速增加,随着高空冷空气减弱,PM₁₀浓度有所下降,午后转为西南风导致沙尘回流,可吸入颗粒物浓度加速升高并持续,而西南方向暖湿气流使沈阳地区湿度增加,空气中的大量水汽包裹颗粒物下沉,造成颗粒物吸湿增长,污染加剧。监测数据结果显示,此次污染主要受浮尘和扬沙影响较大。     

融合机载和背包激光雷达的桉树单木因子估测

以海南省五指山市4块人工桉树林共计157株桉树为例,融合背包激光雷达和机载激光雷达点云数据对桉树单木因子进行了估测,探究融合数据在森林资源调查中的适用性。估测结果与实际样地数据对比表明,融合点云数据在胸径的估测上,R²=0.982,RMSE=0.868cm;在树高的估测上,R²=0.895,RMSE=2.005m,优于只使用背包激光雷达数据获取树高精度(R²=0.835,RMSE=2.458m)。基于背包激光雷达点云数据获取的单木胸径精度较高,融合点云数据可改善单一背包点云数据对树高上的估测。     

航空机载灭火药剂加注系统研发

根据直升机吊桶洒水灭火特点,概述了加注机系统的构成组成和技术要求,并通过吊桶洒水试验,分析了机载灭火剂加注系统对直升机吊桶加注化学药剂混和效果的影响,以期为直升机吊桶洒水在森林防火领域的应用提供借鉴。     

结合通信铁塔的森林防火视频监测系统选址初探

及时发现火情,是森林火灾预防和应急抢险的重要前提。结合红外线、可见光图像双通道摄像技术的发展,为实现不间断、实时的森林防火提供了视频监测技术支持。视频监测系统需在前端布设瞭望塔,为摄像机提供安装位置、稳定电源,以及信号传输网络,与野外通信铁塔高度契合。以广东兴宁县为例,基于机载LiDAR点云数据,应用视域分析技术,探索监测系统野外部署摄像机的选址和优化方法。     

复杂地形中机载LiDAR点云构建DEM的插值算法对比

机载激光雷达（Light Detection and Ranging,LiDAR）可快速、高效的获取大范围地形信息,已成为高精度地形建模的重要数据获取手段。然而,针对复杂地形的机载LiDAR点云构建数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）的插值误差研究缺乏,严重限制了其在土壤侵蚀、开采沉陷等地表过程研究中的应用。该研究基于黄土高塬沟壑区典型地形的机载LiDAR数据,对比了反距离加权（Inverse Distance Weighted,IDW）、克里金（Kriging）、样条函数（Spline）、自然邻域（Natural Neighbor,NN）、趋势面（Trend）、不规则三角网（Triangulated Irregular Network,TIN）等插值算法的插值误差。首先优选了IDW、Kriging、Spline、Trend等4种算法的关键参数,其次分析了不同点云密度和地形下IDW、Kriging、Spline、NN、TIN等5种算法的插值误差及其空间分布。结果表明：1）IDW最优插值参数为权指数1和搜索点数12,Kriging为无方向、高斯函数和搜索点数12,Spline为规则样条函数和搜索点数32,Trend误差达米级,不适用于地形复杂区域。2）当点云密度较小时（≤19点/m2）,IDW、Kriging、NN、TIN4种插值方法较为准确地描述地形。当点云密度较大时（≥39点/m2）,各个插值方法的DEM空间分布差异不大。3）针对黄土高塬沟壑区复杂地形区域,点云密度越大,DEM的误差越小。陡坡区域DEM的平均绝对误差明显高于缓坡区域,随着点云密度增大,陡坡区域误差明显减小,而缓坡区域变化较小。当点云密度较小时（≤19点/m2）,缓坡和陡坡最优插值插值方法分别为NN和TIN;当点云密度较大时（≥39点/m2）,缓坡和陡坡最优插值插值方法均为Spline。研究结果可为机载LiDAR用于地形复杂区域的高精度地形建模与地表过程研究提供依据。     

利用地基激光雷达估算不同地表条件下土方量

不同地表条件下土方量估算对土壤侵蚀量监测以及高标准农田工程建设具有重要意义,但基于地基激光雷达（Terrestrial Laser Scanning,TLS）的估算精度尚需求证。在江西省鹰潭市红壤生态实验站获取了7种不同地表条件下（植被覆盖度、砾石含量、地形起伏）填/挖土前后两期TLS数据,采用移动曲面拟合滤波与反距离加权插值方法计算填/挖土方量并验证,分析了TLS测站数量、位置与点云间距对计算精度的影响。结果表明：1）TLS在不同地表条件下估算土方量误差为1.69%～18.17%;2）在保证土方量计算精度的前提下,植被覆盖度小于1%、20%～30%的样方可分别将测站数量减少至2个和3个,低地势测站位置更有利于获取地表完整信息;3）TLS计算土方量的精度随点云间距增加而降低,近地表无覆盖、有覆盖的样方最优点间距分别为1～8和1～4 cm。研究为估算厘米级土体三维时空变化研究提供技术支持,为TLS野外观测设置提供依据。