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[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
耿志伟 薛伟 王海滨 张华超 郭德禹
植被聚集指数是表征冠层元素空间分布聚集特征的重要参数。精确反演聚集指数对研究植被碳氮循环、冠层生物量估算具有重要意义。地基激光雷达凭借其快速精确获取植被三维空间信息的优势,已成为提取植被聚集指数的重要手段。针对现有聚集指数反演方法均存在一定程度的点云信息浪费,本研究利用地基激光雷达点云数据,提出了一种基于三维间隙的植被聚集指数反演方法。首先通过多站地点云拼接、去噪、滤波等预处理操作,将地面与植被点云分离,再基于滤波结果获取归一化植被点云;然后采用分治方法建立植被点云Delaunay四面体格网模型,用三维孔隙替代传统二维孔隙以获取间隙累积分布函数;最后利用间隙大小分布法计算植被冠层聚集指数。将该方法应用于研究区20块植被样地的地基激光扫描数据,反演得到其植被聚集指数。经实测数据验证,结果表明:该方法充分利用激光雷达精确获取三维空间信息的能力,实现了植被聚集指数高精度反演(R~2=0.74,rRMSE=8.94%),对于激光雷达定量反演植被结构参数具有指导意义。
[期刊] 草业科学
[作者]
阚鸿程 张慧芳 孟宝平 宜树华
植被高度是动态监测植被生长状况的重要参数。机载激光雷达测量(LiDAR)因其良好的穿透力常用于森林高度反演，而鲜有应用LiDAR反演低矮植被高度的研究。本研究以皋兰生态与农业综合研究站为研究区，使用大疆禅思L1激光雷达在不同飞行高度、悬停时间、定位系统(基于网络进行差分计算的Nrtk定位系统与基于移动接收器进行差分计算的Drtk定位系统)下获取不同植被的点云数据，以探究飞行参数对于反演精度的影响。结果表明：Drtk与Nrtk定位系统精度相当，无网络时Drtk系统可替代Nrtk使用。悬停时间5 s与10 s的精度差异不大，10 s的精度略高。当植被高度低于60 cm时，飞行高度宜设为20 m；植被高度大于60 cm时，飞行高度可设为40 m以扩大采样范围。在反演精度方面，当植被高度低于30 cm时，反演误差在±30%内；而当植被高度大于40 cm时，则呈现出明显的低估现象。本研究对于应用大疆禅思L1激光雷达进行大范围低矮植被高度获取的相关研究具有重要的现实意义。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
刘睿 刘婷 董润茹 李治 朱德海 苏伟
为探索地基激光雷达数据在植物真实三维建模上的应用,研究基于MeshLab软件的三维Alpha-Shape算法和移动立方体算法进行玉米植株三维真实模型的重建。三维Alpha-Shape算法基于离散激光雷达点云构建Delaunay三角网,通过Alpha值的设置判断各单纯形是否保留,完成玉米植株三维重建。移动立方体算法则通过查找每个体素与等值面相交的交面,所有交面连在一起即为所求的等值面。Alpha值分别设置为0.006 290、0.012 638、0.018 635,采用Alpha-Shape算法进行单株玉米三维重建,试验结果表明:当Alpha值设置较小时,对玉米叶片、茎秆等细节信息表达的比较精细...
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
牛智有 沈柏胜 路开新 徐志杰 江善晨 刘静 刘梅英
为提高仓内原料储料量测量自动化和智能化水平，设计了一种基于二维激光雷达扫描的储料量测量装置与系统。本系统采用RPLIDAR S1型二维激光雷达扫描获取不同储料量物料的原始点云数据，通过坐标变换、重叠点提取、滤波、分割等方法对原始点云进行预处理，采用贪婪投影三角化算法将预处理后的点云进行三维重建，获得仓内原料的三维模型，结合物料三维模型和物料的容重获得仓内原料的储料量，从而实现储料量的自动测量。以玉米为试验对象，测量小型储料塔内玉米储料量并对玉米不同储料量进行扫描测量，验证模型的准确性。结果显示：测量结果的平均绝对误差为8.05 kg，平均相对误差为1.52%。结果表明，基于二维激光雷达扫描的储料量测量方法是可行的，具有较好的稳定性和测量精度，能够满足生产实际需求。
[期刊] 林业科学
[作者]
刘鲁霞 庞勇 李增元
【目的】以云南省普洱市天然林与杉木人工林为研究对象，针对云南省山区森林树种繁多、林下灌木草本茂密的林分环境，根据森林中树木的形态特征，利用地基激光雷达（ＴＬＳ）扫描数据提取样地尺度单木胸径与树高，为森林调查工作提供参考。【方法】将获取的多站地基激光雷达扫描数据分为多站拼接及单站２种分析方式，采用ＨｏｕｇＨ变换算法及树干的形态特征对样地内单木进行识别与胸径提取，根据树干生长方向及单木在垂直方向上的分布提取树高。【结果】１）对于多站拼接数据，即使在林分条件最为复杂的原始林，单木识别率仍可达到８１％；对于单站数据，随着扫描距离增加，单木识别率降低，实际操作时单站布设比多站拼接简单；２）多站拼接胸径及．．．
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
邹茂胜 孙毓蔓 李丹丹 贾炜玮 王璐瑶
【目的】探究使用地基激光雷达（Terrestrial Laser Scanning，简称TLS）点云数据提取人工落叶松树干不同相对高处直径的精度，构建落叶松树干削度方程，验证地基激光雷达获取数据的可行性，改变传统的获取森林参数的方式，能够为森林资源规划管理和决策提供技术性支持。【方法】以黑龙江省佳木斯市孟家岗林场8块皆伐样地的落叶松人工林为研究对象，首先借助TLS扫描样地，然后测量伐倒木相对高处直径；并以伐倒木实测值为真值，分析TLS提取的相对高处直径精度，最后采用点云数据提取的直径构建削度方程。选取9个削度方程基础模型，根据评价指标选出最优基础模型，以样木为随机效应建立基于单木水平的混合效应模型。【结果】TLS获取的树干直径数据满足精度要求，且适用于削度方程的构建，其中胸径（R~2=0.993 9）的提取效果好于树高（R~2=0.913 9）；随着树干高度的增加，相对高处直径R~2逐渐增大，到0.06h处直径的提取精度最高（R~2=0.991 2），随后R~2逐渐减小，在0.8h(R~2=0.876 3)、0.9h处，由于树冠遮挡，获取的树干点云密度较小，导致提取效果较差；使用TLS数据构建的9个削度方程中，Kozak-1988的拟合效果最好（R~2=0.978 3、RMSE=1.179 9）；通过比较模型在不同径阶下和不同相对高处的预测能力，分析发现Kozak-1988比Kozak-2004和曾伟生模型更适合描述孟家岗林场落叶松的干形变化，因此Kozak-1988为基于TLS数据构建的最优基础模型；最后采用Kozak-1988构建基于样木水平的三参数混合效应模型精度达到99.77%。【结论】TLS获取的树干相对高处直径数据精度较高，基于点云数据构建的人工落叶松削度方程拟合效果较好，可以为后续出材率表的编制做准备，并为孟家岗林场科学合理的造材提供理论依据。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
邹茂胜 孙毓蔓 李丹丹 贾炜玮 王璐瑶
【目的】探究使用地基激光雷达（Terrestrial Laser Scanning，简称TLS）点云数据提取人工落叶松树干不同相对高处直径的精度，构建落叶松树干削度方程，验证地基激光雷达获取数据的可行性，改变传统的获取森林参数的方式，能够为森林资源规划管理和决策提供技术性支持。【方法】以黑龙江省佳木斯市孟家岗林场8块皆伐样地的落叶松人工林为研究对象，首先借助TLS扫描样地，然后测量伐倒木相对高处直径；并以伐倒木实测值为真值，分析TLS提取的相对高处直径精度，最后采用点云数据提取的直径构建削度方程。选取9个削度方程基础模型，根据评价指标选出最优基础模型，以样木为随机效应建立基于单木水平的混合效应模型。【结果】TLS获取的树干直径数据满足精度要求，且适用于削度方程的构建，其中胸径（R~2=0.993 9）的提取效果好于树高（R~2=0.913 9）；随着树干高度的增加，相对高处直径R~2逐渐增大，到0.06h处直径的提取精度最高（R~2=0.991 2），随后R~2逐渐减小，在0.8h(R~2=0.876 3)、0.9h处，由于树冠遮挡，获取的树干点云密度较小，导致提取效果较差；使用TLS数据构建的9个削度方程中，Kozak-1988的拟合效果最好（R~2=0.978 3、RMSE=1.179 9）；通过比较模型在不同径阶下和不同相对高处的预测能力，分析发现Kozak-1988比Kozak-2004和曾伟生模型更适合描述孟家岗林场落叶松的干形变化，因此Kozak-1988为基于TLS数据构建的最优基础模型；最后采用Kozak-1988构建基于样木水平的三参数混合效应模型精度达到99.77%。【结论】TLS获取的树干相对高处直径数据精度较高，基于点云数据构建的人工落叶松削度方程拟合效果较好，可以为后续出材率表的编制做准备，并为孟家岗林场科学合理的造材提供理论依据。
[期刊] 林业科学研究
[作者]
庞勇 李增元 谭炳香 刘清旺 赵峰 周淑芳
以山东省泰安市徂徕山林场和重庆铁山坪林场为试验区,分别于2005年5月和2006年9月获取了低密度和高密度的L iDAR点云数据,分别进行了林分平均高的反演试验。通过两个试验区的对比,分析了不同点云密度对机载L iDAR数据反演林分参数的影响。结果表明:对于两种密度的点云数据,使用分位数法都可以很好地进行林分平均高的估计,高密度点云的反演结果略好一些,但二者结果差异不大;高密度的点云可以进行更小尺度的林分高估计和单木树高的估计,从而可以减少甚至避免对实地树高测量的依赖。
关键词：
LiDAR 点云密度 林分平均高
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
杨雷 翟迪迪 陈修亮 潘海峰 吴光
本文使用Xilinx FPGA作为开发平台，设计了一种基于SD卡的新型单光子激光雷达数据存储平台。针对单光子激光雷达的数据特点，验证了通过DDR3芯片SD卡在2.0版本SPI模式下可以发挥削峰填谷的作用，确保单张SD卡能够稳定以最大5 Mbps的写入速率稳定工作。同时，该文验证了采用多SD卡扩展方案可以进一步提升写速度，并将存储能力提高至0.5 TB以上。如果将SD卡提升至3.0版本，理论上单卡存储能力可以达2 TB。该存储系统已实际应用于单光子激光雷达的成像实验，由于SD卡轻巧、稳定和抗干扰等优点，新的存储方案在数据容量、集成度、能耗和成本等指标方面与目前通用方案相比均有显著的提升。SD卡存储方案的高性价比特点对未来广泛应用于单光子雷达的量产具有较大吸引力。这种新的数据存储方案在无人机载、船载和车载测绘等低载荷、高集成的单光子激光雷达产品的实际应用中具有优势。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张莹莹 周俊
为探索激光雷达在农业机器人环境理解和导航中的应用,研究一种基于改进DBSCAN算法的果园树干检测算法。该算法使用自适应密度阈值和聚类半径对不同距离处数据点进行聚类和整合,以克服DBSCAN算法对全局变量值敏感的缺点。针对激光雷达可能扫到地面造成机器人误检的问题,采用机器人航位推算模型计算当前帧数据中待定类的距离,通过与前一帧数据中对应类距离的比较判定待定类的类别,进而对地面干扰类进行排除。试验结果表明:1)机器人正常行走时本算法能够排除噪声准确识别树干类点;2)存在果树分枝或地面干扰时,有少量漏检,平均误判果树数目为-0.13棵,能够区分出地面类和果树类。该研究可以应用到农业机器人果园环境理解...
[期刊] 林业科学
[作者]
李欢 李明泽 范文义 王斌
【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。
[期刊] 林业科学
[作者]
吴项乾 曹林 申鑫 汪贵斌 曹福亮
【目的】精确估测银杏人工林有效叶面积指数(eLAI),以更好了解银杏人工林的生长和竞争、理解人工林生态系统的功能和生产力。【方法】基于多旋翼无人机激光雷达(LiDAR)系统获取的点云数据,结合45块地面实测样地数据,使用孔隙度模型法(通过计算点云的冠层穿透率,根据Beer-Lambert定律计算有效叶面积指数)和统计模型法(首先通过地面实测的有效叶面积指数和所提取的LiDAR特征变量建模,然后借助拟合的模型估测有效叶面积指数)对我国典型银杏人工林进行样地尺度的有效叶面积指数估测。【结果】1)使用统计模型法估测eLAI时,仅利用LiDAR高度特征变量估测精度为R2=0. 38(rRMSE=54%),引入其他特征变量(冠层密度特征、冠层容积比以及强度特征变量)后精度分别达到R2=0. 64(rRMSE=26%)、R2=0. 61(rRMSE=28%)、R2=0. 74(rRMSE=23%); 2)根据Cover将样地分组建模后发现,分组建模的精度优于不分组建模的精度;3)孔隙度模型法估测有效叶面积指数的精度为R2=0. 71(rRMSE=32. 0%)。【结论】结合多组LiDAR特征变量估测有效叶面积指数能够充分挖掘LiDAR数据包含的冠层结构特性,从而提升估测精度;同时,使用孔隙度模型法可以有效估测银杏人工林有效叶面积指数。无人机LiDAR点云在估测银杏人工林有效叶面积指数上具有较好的潜力。
[期刊] 浙江农林大学学报
[作者]
陶江玥 刘丽娟 庞勇 李登秋 冯云云 王雪 丁友丽 彭琼 肖文惠
训练样本的选取是影响监督分类精度的直接原因之一,数据空间分辨率越高,训练样本要求越准确,而人机交互训练样本选取推广力有限。利用机载高光谱(AISA)和激光雷达(LiDAR)主被动遥感数据,探讨基于高分辨率影像的训练样本自动提取技术以及适合树种识别的遥感变量。根据树木的结构和高度差异,开展树高分层掩膜试验,并计算光谱间夹角,在每个高度层中自动化优选树种的高纯度训练样本。计算植被指数、主成分分析等特征变量,基于支持向量机分类器对研究区进行树种精细分类。实验表明:通过对阔叶林、马尾松Pinus massonia
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
刘浩然 范伟伟 徐永胜 林文树
【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,然后分别采用改进的K均值聚类算法和基于相对间距的阈值分割算法对水曲柳和樟子松样地进行单木点云数据分割。其中,水曲柳样地点云数据处理采用改进的K均值聚类算法,通过树干点云位置推算初始聚类中心,减少因树冠重叠导致的错误分割;樟子松样地点云数据处理则采用基于相对间距的阈值分割算法,通过设定多条阈值规则并利用动态最大值滤波器对树顶进行精确探测,提高算法的分割精度。最后,基于样地和单木点云完整度两个方面对点云数据分割效果进行评价。【结果】1)从样地尺度来看,水曲柳和樟子松样地单木识别率分别为0.91和0.87,相应的调和值(F)分别为0.91和0.88,结果显示单木分割的整体效果较好。水曲柳样地召回率(r)为0.87,精确率(p)为0.95,算法分割过程中产生的错误分割较少。樟子松样地算法分割的单木也多为正确分割(r=0.82、p=0.94),其分割误差主要来自于单木欠分割,过分割现象相对较少。2)从单木点云分割的完整程度来看,水曲柳样地的单木平均正确分割率为75.6%,点云平均欠分割率为24.3%,平均过分割率为18.5%,单木点云的最大错误分割率为31.8%,不同单木之间分割精度有较大差异;樟子松样地的单木分割精度较稳定,平均正确分割率达84.1%,平均欠分割和过分割率分别为16.3%和9.0%,表明单木点云不存在大量错误分割的情况。【结论】基于树木形态结构特征改进了两种优化单木点云数据分割算法,两种算法下分割的森林样地单木精度在不同评价尺度中表现均较好,对林中树木出现的树冠重叠、遮挡、偏移等现象均有一定的辨别能力,实现了森林样地树木点云数据的单木精确分割。
[期刊] 林业科学研究
[作者]
熊昊 庞勇 荚文 李春干
[目的]探究如何有效利用机载激光雷达冠层高度模型（CHM）自动区划小班，提高小班区划工作效率。[方法]在高光谱影像树种信息的辅助下，使用机载激光雷达数据生成的CHM进行两种空间尺度的分割和优化来自动区划小班。先对1 m空间分辨率CHM数据进行过分割，再对降尺度处理并平滑后的5 m空间分辨率CHM数据进行欠分割，结合两种尺度分割结果并优化得到最终区划结果。将自动区划结果与人工区划小班、数字正射影像（DOM）屏幕勾绘小班以及主伐作业小班为三类参考小班对比，采用最终测量精度（UMA）准则的圆度（RO），紧致度（CO），形状指数（SI），最小包络圆短半径（RE），椭圆度（EF）和形状因子（P2A）8个指标，及自动区划小班与参考小班的交并比（IOU）指标，定量评价自动区划小班边界勾绘的准确程度。并利用样地实测数据和CHM数据计算自动区划结果平均胸径、平均树高和冠层平均高的可解释性方差，验证自动区划结果的内部一致性和外部差异性精度。[结果]自动区划结果与参考小班的UMA形状、面积等特征较接近，与人工区划小班最相近。自动区划小班与人工区划、屏幕勾绘、主伐作业小班交并比大于70%的比例分别为46%,37%,43%，交并比大于50%的比例分别为61%,54%,55%。自动区划结果平均胸径可解释性方差为97%，平均树高可解释性方差为98%，和人工区划小班相同，说明其内部一致性高且和相邻小班差异大。冠层平均高可解释性方差为84.81%，比人工区划小班提高了1.77%。[结论]利用两种空间尺度的CHM与高光谱树种分类图的分割和优化方法自动区划的小班在内部一致性及边界的精准度方面有明显优势，更符合小班边界处林木的分布情况，小班边界准确，且工作效率高，有助于森林的精细化管理。
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