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[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
曹明兰 李亚东 冯海英 蔡彩
随着数字林业和精准林业建设的推进,利用三维可视化技术辅助森林管理的需求越发突出,然而3D森林景观建模与建筑物建模相比具有冠层起伏频繁、形状不规则、光线条件复杂、纹理重复度高、像对间存在非刚体性变化等特点,直接采用普通建模方法构建的三维模型效果不理想。本研究实践了一种无人机倾斜摄影系统与背包式三维激光扫描系统相结合的森林景观三维场景建模方法,讨论了数据获取原理、点云配准方法及数据处理流程,并在潭柘寺森林景区进行实验,验证方法的有效性。结果表明,两种点云配准的整体误差小于2.37 mm,能够满足森林景观三维场景建模的精度要求。该方法不仅能省去倾斜摄影的外业控制点采集过程,还实现了两种技术的优势互补,降低了森林景观三维建模的成本,提高了建模效率,对森林精准计测及精细化管理具有一定实践意义。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
罗旭 冯仲科 邓向瑞 郝星耀 陈晓雪
该文介绍了三维激光扫描成像系统的组成、工作原理、仪器的性能指标及软件功能.通过在甘肃省小陇山林业局的试验,总结了三维激光扫描成像系统进行精准测树的流程、内业数据处理方法、提取各种测树因子的方法、测量立木材积以及树冠体积的方法.结果表明:使用三维激光扫描成像系统可以获取树木的立体模型,得到某些传统方法难以获得的数据,如树冠体积、表面积等,并且可以随意重复量测;通过扫描获得的树木材积可以替代传统的区分求积方法,建立材积表不再需要大量伐树;使用立木扫描模型解决了树冠测量的难题.因此,将三维激光扫描成像系统作为精准测树工具,是一种切实可行的方法.
关键词：
森林计测 三维激光扫描成像系统 精准测树
[期刊] 林业科学
[作者]
郭秀荣 陆怀民 杜丹丰
提出一种基于激光扫描的林木材积测定技术,该技术利用几何方法处理扫描获得的三维点云数据,并采用VC++和Matlab语言编程,可以快速、准确地计算林木材积。试验证明,林木材积平均误差小于3%。如对多株林木进行扫描,可最终实现森林蓄积量测定的自动化,从而节约大量人力物力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
邹林儿 张泽 傅继武
针对非线性光学课程教学内容,结合科研工作,搭建设计了激光Z扫描技术用于测量光学材料的光学非线性系数的综合性专业实验教学,介绍了Z扫描技术原理,描述实验搭建的要点,以及结合实例进行实验测量和结果分析。该实验有利于启发学生创新性思维和培养学生综合运用知识进行科学研究能力,产生良好的实验教学效果。
关键词：
激光Z扫描技术 光学非线性 实验教学
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
曾健 张晓丽 周雪梅 尹田
【目的】林下地形是提取单木树高、冠幅等森林参数的必备条件,但由于林区地形起伏较大,传统的测量手段难以获取大范围高精度的森林地区数字地形模型(DTM)。近年来,倾斜摄影测量克服了传统测量技术的缺点,成为获取三维地理信息的新型手段。本文使用无人机倾斜摄影测量技术提取落叶松林下地形,并评测精度与适用性,为后续基于倾斜摄影测量技术提取单木参数的研究提供参考。【方法】选择内蒙古旺业甸林场内山区典型落叶松幼龄林、中龄林和成熟林林分在落叶季进行无人机飞行,采用Context Capture软件对获取的落叶季倾斜像片进行三维重建,生成林区点云。使用布料模拟滤波、加权线性最小二乘、渐进不规则三角网加密法、渐进形态学滤波算法从点云中提取地面点,并采用3种插值方法插值地面点生成测区完整地形。使用激光雷达DTM作为验证数据评价精度。【结果】不同算法的地形提取精度与郁闭度相关。在幼龄林区域和中龄林区域,布料模拟滤波提取地面点的精度最高,决定系数(R~2)均达到0.999,均方根误差(RMSE)分别为1.61 m和0.47 m;在成熟林区域,渐进三角网滤波效果最好,R~2为0.999,RMSE为0.39 m。在不同郁闭度林分选择最优滤波算法基础上,比较不同插值方法生成的数字地形模型(DTM)精度,结果表明:在幼龄林和中龄林,布料模拟滤波点云后经不规则三角网(TIN)插值得到的DTM精度最高,RMSE分别为1.58 m和0.44 m;成熟林分渐进不规则三角网加密滤波后地面点经克里金(Kriging)法插值得到的DTM精度最高,RMSE为0.31 m。【结论】实验证明,倾斜摄影测量技术可用于落叶松林分地形提取。
关键词：
倾斜摄影 落叶松 点云滤波 地形
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
孙圆 顾炜江 林秀云 姚睿涵 曹林 史博文 曹福亮
【目的】落羽杉树种自上世纪在江苏引种,目前绝大部分成林、成材,发挥了较好的生态、经济和社会效益。为该树种建立合适的一元材积表、计算材种出材率有助于对树种的精准经营。【方法】设计地面激光多站点扫描获取活立木点云数据,提取立木结构参数胸径(D)、树高(H)、上部直径(d),计算立木材积(V),为研究区落羽杉建立一元材积模型和削度模型,编制一元材积表和材种出材率表。采伐每种源落羽杉标准木各一株制作解析木作为检验数据。【结果】激光点云所提取的胸径与实测胸径精度相关性为R2=0.922;研究得到二项式模型为研究区落羽杉一元材积式,该模型R~2=0.969,TRB和MSB分别为2.88%和9.99%,无明显的系统偏差,编制一元材积表可用于研究区落羽杉的立木材积估计;建立了研究区落羽杉削度方程,所用改进四参数schumacher模型R~2=0.939,并以单木结果推算林地单位面积平均材种出材。经过检验,所得一元材积表在置信区间95%下,与检验数据方差不存在显著不同(F=0.880)。削度方程造材结果与解析木造材结果的线性回归斜率均接近1,且大径材回归检验精度最好,R~2都为0.99。【结论】经过分析,实验地6个种源落羽杉纯林单位面积材种出材量最大为大径材。结合前人研究结果实验区生长表现优良的种源出材状况较好,特别是削度性状良好的14号和17号种源可作为用材树种进行推广应用。地面激光扫描技术无破坏性,是林业调查中的新方法。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
陈军 孙圆 刘晨曦 姚睿涵 于嘉辉 曹福亮 余鹏飞
[目的]马褂木是优良的用材树种,研究其材积模型并分析多种密度种植下的径级材种造材出材率,旨在为马褂木人工林高效培育提供重要的指导。[方法]在马褂木多密度人工林试验区获取全样地地面激光雷达数据。通过点云提取单木结构参数,对4种造林密度(株行距配置:2m×2m、3m×3m、4m×4m、5m×5 m)马褂木试验林测树因子(胸径DBH,树高H,材积V)进行分析,建立一元材积方程、削度方程模型,并应用削度方程计算各密度林分材种出材率。[结果]研究得到的一元二次式V=0.000 3D~2+0.006 5D-0.036 9为研究区马褂木最优一元材积式,该模型的决定系数(R~2)为0.884,经过剩余标准差(S_(EE))、系统误差(T_(RE))、平均相对误差(M_(SE))、预估精度(ρ)等评价指标检验,无明显系统偏差,可用于研究区马褂木材积估计。研究选定改进的舒马赫方程式作为不同密度马褂木的削度方程,该模型R~2为0.924,经检验方程均方根误差为1.454,平均相对误差为0.050,预估精度达到0.910。进一步采用削度方程为多密度马褂木试验林进行多径级材造材,得到疏林地4m×4m密度种植下的大径材出材率最大(39.582%),密林地2m×2m密度种植下的小径材出材率最大(81.250%),而综合出材率最大的是4m×4m密度(98.650%)。[结论]马褂木多密度经营下,疏林地大径材出材率最大,密林则以小径材为主要径级材种。基于地面激光点云获取的单木参数可以直观地进行森林经理研究,对提升人工林的生产经营水平以及提高林业工作者的工作效率均有积极影响。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
孙圆 顾炜江 林秀云 姚睿涵 曹林 史博文 曹福亮
【目的】落羽杉树种自上世纪在江苏引种，目前绝大部分成林、成材，发挥了较好的生态、经济和社会效益。为该树种建立合适的一元材积表、计算材种出材率有助于对树种的精准经营。【方法】设计地面激光多站点扫描获取活立木点云数据，提取立木结构参数胸径（D）、树高（H）、上部直径（d），计算立木材积（V），为研究区落羽杉建立一元材积模型和削度模型，编制一元材积表和材种出材率表。采伐每种源落羽杉标准木各一株制作解析木作为检验数据。【结果】激光点云所提取的胸径与实测胸径精度相关性为R~2=0.922；研究得到二项式模型为研究区落羽杉一元材积式，该模型R~2=0.969,T_(RB)和M_(SB)分别为2.88%和9.99%，无明显的系统偏差，编制一元材积表可用于研究区落羽杉的立木材积估计；建立了研究区落羽杉削度方程，所用改进四参数schumacher模型R~2=0.939，并以单木结果推算林地单位面积平均材种出材。经过检验，所得一元材积表在置信区间95%下，与检验数据方差不存在显著不同（F=0.880）。削度方程造材结果与解析木造材结果的线性回归斜率均接近1，且大径材回归检验精度最好，R~2都为0.99。【结论】经过分析，实验地6个种源落羽杉纯林单位面积材种出材量最大为大径材。结合前人研究结果实验区生长表现优良的种源出材状况较好，特别是削度性状良好的14号和17号种源可作为用材树种进行推广应用。地面激光扫描技术无破坏性，是林业调查中的新方法。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
史蒲娟 翟瑞芳 常婷婷 彭辉 林承达 罗俊
分别采用单目视觉和激光扫描技术对2个油菜品种中双6号和华油杂62号的植株进行三维重建,并在重建模型上完成了对株高、叶柄长、叶片长度和叶片面积等4个株型参数的测量。结果表明:使用单目视觉和激光扫描技术的重建结果均能真实地表现油菜植株的整体形态,叶片间无遮挡的中双6号油菜植株效果更好,测量误差在2.00%以内;形态复杂叶片间部分遮挡的华油杂62号油菜植株测量误差在3.00%以内。模型重建试验表明,利用单目视觉和激光扫描技术能够完成复杂植株的模型重建,并实现部分株型参数的测量,可以为作物的遗传育种提供数据支持。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
邓向瑞 冯仲科 罗旭
该文介绍了三维激光扫描系统的组成、工作原理及仪器的性能指标、特点和操作方法.通过甘肃省小陇山林区实验,首次将三维激光扫描系统引入林业调查.通过三维激光扫描仪获取单株立木空间点云数据,利用软件建立了立木三维模型.从三维模型上可直接量测立木树高、胸径、冠幅和计算立木材积,利用获取的材积可进一步建立立木材积方程和编制立木材积表.通过与伐倒木实测数据对比,采用该系统获取的测树因子和立木材积均满足林业调查的精度要求.研究表明,采用三维激光扫描系统可实现对疏林单株立木的无损伤、高效、精准监测,可在森林资源调查中应用.
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
韩光瞬 冯仲科 刘永霞 王小昆
该文介绍了三维激光扫描系统的测量原理、测树过程和测树因子的获取方法.在甘肃省小陇山林业局党川林场,通过对立木扫描数据和伐倒木实测数据进行比较研究,结果表明用激光扫描系统进行测树能够获得较高的精度,做到精准监测,满足林业上测树的要求;同时,利用样木三维模型,可以方便地获取传统方法难以获取的测树因子,从而大大拓展了它在林业中的应用.
关键词：
激光扫描系统 精度分析 测树 精准监测
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
冯仲科 殷嘉俭 贾建华 南永天
该文以普通的光学或数字相机为工具 ,借助计算机建立数字近景摄影测量系统 .系统通过普通相机对固定样地摄影 ,建立以内、外方位元素 (x0 ,y0 ,f;XS,YS,ZS,ω ,k ,φ) 为未知数摄影测量共线方程 ,通过DLT变换 ,求得待定参数 ,进而把像方空间和物方空间联系起来 ,借助计算机系统 ,就可确定像方任一点坐标 (x,y)对应的物方坐标 (X ,Y ,Z) ,从而恢复物方空间立体 ,计算胸径、任一处直径、树高、树冠体积等测树指标 .这种系统不需要像控点就能建立待测目标的数字模型 .实验结果表明 ,通过此摄影测量系统可测量树高、胸径、树冠体积等 ,树高测量的相对误差为 2 % ,胸...
关键词：
数字测量 近景摄影测量 固定样地 测树
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
李亚东 曹明兰 李长青 闫飞 冯仲科
【目的】传统的无人机森林航空摄影测量需要布设像控点来平差解算。由于林地内通视条件差,采用传统光学仪器布设像控点时,效率低、而且无法保证像控点位置的均匀分布。采用GPS-RTK技术虽不受通视条件限制,但是林冠下GPS信号弱,经常出现移动站与基准站之间GPS失锁的问题。为了解决以上不足,文章探索了基于PPK技术的免像控点无人机森林航空摄影测量解算方案。【方法】利用搭载了相机和双拼PPK(Post Processed Kinematic)模块的无人机,在森林上方按预定航高和重叠率对地摄影,获取到森林航空影像、POS数据和PPK数据。内业处理时,首先通过解算PPK数据得到相对精确的摄影中心外方位线元素,并以其代替原始POS数据的线元素;再利用SFM(Structure From Motion)方法得到摄影中心精确的外方位元素基础上,经过密集匹配生成DSM,通过手工编辑和正射校正后得到了最终成果DOM。【结果】用同一架加装了双频PPK模块、搭载了Canon 5D MarkII数码相机的固定翼无人机,在北京市潭柘寺森林公园按飞行航高200 m,航向重叠度80%,旁向重叠度65%进行了航空摄影。在同一台PC硬件条件下,使用相同版本的Agisoft PhotoScan和SimActive Correlator 3D软件,采用布设像控点(方案A)、基于原始POS免控制点(方案B)、基于PPK免控制点(方案C)等3种不同方案,对无人机获取的航空影像数据进行了对比试验。结果表明,方案C的效率比传统的布设像控点的方案A高45%;而在精度方面高于基于原始POS数据免像控点的B方案,可达到地形图航空摄影测量相关规范的1∶2 000比例尺精度要求。【结论】PPK技术的通讯频率高、作业半径大、作业时移动站与基准站不需要实时保持通讯,采用无人机加装PPK模块结合SFM方法生成森林正射影像的方案,其成果精度能够满足森林资源二类调查的用图精度要求,避免了在林冠下布设控制点难度大和容易出现GPS失锁等问题,可节省大量外业控制点测量和内业数据处理时间,对提升森林监测效率和自动化水平具有重要意义。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
叶伟1 吴荣良2 赖日文1 谢雪莉1 汪琴1 陈思雨1(1.福建农林大学 林学院 福建 福州 350002 2. 晋江市农业局 福建
摘 要：以福建省永安市为研究对象，基于 3S 技术手段，运用景观分析软件 Fragstats4.1, 计算不同水平上不同景观要素的特征值，对永安市现有城市景观和城市森林景观在类型水平和景观水平上的景观格局进行研究。结果表明：研究区各景观类型分布较为均匀，不存在明显的优势主体；城市森林整体分布不够均衡，研究区还未形成生态功能较为完善的城市森林结构。研究结果可为地区森林城市建设的可持续发展提供决策支持。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
叶伟 吴荣良 赖日文 谢雪莉 汪琴 陈思雨
以福建省永安市为研究对象,基于3S技术手段,运用景观分析软件Fragstats4.1,计算不同水平上不同景观要素的特征值,对永安市现有城市景观和城市森林景观在类型水平和景观水平上的景观格局进行研究。结果表明:研究区各景观类型分布较为均匀,不存在明显的优势主体;城市森林整体分布不够均衡,研究区还未形成生态功能较为完善的城市森林结构。研究结果可为地区森林城市建设的可持续发展提供决策支持。
关键词：
3S技术 景观格局 森林结构 城市森林
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