无人机激光雷达与摄影测量林业应用研究进展

作     者：刘清旺 李世明 李增元 符利勇 胡凯龙 Liu Qingwang;Li Shiming;Li Zengyuan;Fu Liyong;Hu Kailong

作者机构：中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 中国矿业大学地球科学与测绘工程学院北京100083 

出 版 物：《林业科学》 (Scientia Silvae Sinicae)

年 卷 期：2017年第53卷第7期

页      面：134-148页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 0907[农学-林学] 090704[农学-森林经理学] 0829[工学-林业工程] 09[农学] 0901[农学-作物学] 0902[农学-园艺学] 

基　　金：中国林业科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(CAFYBB2016SZ003) 国家重点基础研究发展计划(973计划)课题(2013CB733405 2013CB733404) 

主　　题：无人机 激光雷达 摄影测量 点云 森林 

摘      要：森林空间结构及动态变化规律对森林经营管理、生态环境建模等具有重要意义,无人机激光雷达与摄影测量能够获取丰富的森林空间结构和类型信息,在单木、林分尺度森林环境长时间序列监测方面具有无可比拟的优势。无人机激光雷达系统一般搭载多回波/全波形激光扫描仪,配备高精度全球导航卫星系统&惯性测量单元(GNSS&IMU)等传感器,以保证激光脉冲回波信号的几何定位精度。无人机摄影测量系统通常搭载可见光(RGB)/多光谱相机,配备低精度GNSS&IMU,通过高重叠率航片的三维重建算法自动解算航片内外方位元素,生成具有相对参考坐标的图像及点云,采用地面控制点(GCPs)、参考影像等方式进行几何精校正,对于连续覆盖的森林区域,使用高精度GNSS、稳定平台等可以提高图像匹配精度。通过单木分割法可以提取单木结构信息,从激光雷达点云或摄影测量重建点云中识别树冠顶点、树冠边界、位置等属性,也可以将点云投影到体元空间或者生成冠层高度模型(CHM),在此基础上识别单木特征。林分结构信息提取常采用高度分布法,从点云中直接计算高度分位数、回波指数等点云特征量,或者按照指定的高度间隔生成频率或强度合成波形,计算波形分位数、波形前沿、波形后沿等波形特征量,根据点云特征量、波形特征量与地面测量值之间的关系估测森林结构参数。激光雷达点云和摄影测量重建点云均能用于提取林下地形,对于低郁闭度区域二者相差不大,对于高郁闭度区域摄影测量重建点云提取的林下地形精度较低。多时相无人机激光雷达和摄影测量相结合,可以监测人工修枝、择伐、火灾、病虫害等引起的森林结构变化以及枝叶生长、落叶等物候变化。无人机激光雷达与摄影测量提取的森林结构参数精度受采集方式、数据处理算法、森林生长季节、地形等因素影响,尚未形成适合林业推广应用的成熟技术体系。无人机系统飞行应当遵照国家/当地法律法规以及相关规定条款的约束,我国按照空机质量、起飞全重等指标对无人机进行分类管理。未来无人机数据获取与处理系统将更加智能化、微型化、低成本化,更好地满足林业应用业务需求。