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无人机激光雷达与摄影测量林业应用研究进展

林业科学 2017年第7期53卷 134-148页

作者：刘清旺李世明李增元符利勇胡凯龙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

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... 详细信息

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。

关键词：无人机激光雷达摄影测量点云森林

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利用转动不协调确定煤矿覆岩断裂带高度

中国矿业大学学报 2002年第4期31卷 349-352页

作者：崔希民缪协兴宁永香刘清旺谷风云黄芳中国矿业大学资源开发工程系北京100083 中国矿业大学理学院江苏徐州221008

基于非线性大变形几何场论 ,建立了覆岩断裂带高度预计的差分余量法 ,使得地表移动预计和覆岩断裂带的确定统一为一个有机整体 ;证明了介质变形连续性的协调条件可以用转动协调方程等价表示 ,微观转动不协调是导致岩石类材料颗粒与夹杂... 详细信息

基于非线性大变形几何场论 ,建立了覆岩断裂带高度预计的差分余量法 ,使得地表移动预计和覆岩断裂带的确定统一为一个有机整体 ;证明了介质变形连续性的协调条件可以用转动协调方程等价表示 ,微观转动不协调是导致岩石类材料颗粒与夹杂接触边界产生微裂纹的原因 .算例的计算结果表明 ,该方法简单、快速 ,有望在放顶煤开采和水体下采煤中得到应用 .

关键词：煤矿覆岩非协调转动断裂带开采沉陷非线性几何场论岩体差分余量法

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机载LIDAR点云数据估测单株木生物量

高技术通讯 2010年第7期20卷 765-770页

作者：刘清旺李增元陈尔学庞勇田昕曹春香中国林业科学研究院资源信息研究所林业遥感与信息技术重点开放性实验室北京100091 中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室北京100101

使用黑河流域遥感-地面观测同步试验获取的机载激光雷达(LIDAR)点云数据估测了典型树种的单株木生物量。首先由点云数据生成冠层高度模型(CHM),然后采用优化的单株木树冠特征识别算法估测相关的结构参数,最后通过回归分析建立估测参数(... 详细信息

使用黑河流域遥感-地面观测同步试验获取的机载激光雷达(LIDAR)点云数据估测了典型树种的单株木生物量。首先由点云数据生成冠层高度模型(CHM),然后采用优化的单株木树冠特征识别算法估测相关的结构参数,最后通过回归分析建立估测参数(树高、冠幅)与实测参数(树高、冠幅、胸径)之间的最优回归方程,并与现有的单株木生物量实测相关生长方程联立,得到单株木生物量估测相关生长方程。结果表明,由LIDAR点云数据得到的单株木估测参数与实测参数显著相关,可以估测单株木生物量(R^2为0.729)。

关键词：激光雷达(LIDAR) 树高冠幅胸径(DBH) 相关生长方程生物量青海云杉

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亚热带森林参数的机载激光雷达估测

遥感学报 2011年第5期15卷 1092-1104页

作者：付甜庞勇黄庆丰刘清旺徐光彩安徽农业大学林学与园林学院安徽合肥230036 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

通过应用机载激光雷达数据,在分析云南省中部的78块样地的基础上提出2个预测森林不同生物特性的统计模型(加权平均高度的预测模型和生物量的预测模型),并讨论了预测结果及其精确性。从激光雷达数据中提取了2组变量(树冠高度变量组和植... 详细信息

通过应用机载激光雷达数据,在分析云南省中部的78块样地的基础上提出2个预测森林不同生物特性的统计模型(加权平均高度的预测模型和生物量的预测模型),并讨论了预测结果及其精确性。从激光雷达数据中提取了2组变量(树冠高度变量组和植被密度变量组)作为自变量,采用逐步回归方法进行自变量选择。结果表明,激光雷达数据与森林的平均树高和地上各部分生物量有很强的相关性。对于3种不同森林类型(针叶林,阔叶林和混交林),平均树高估测均能达到比较高的精度;生物量的估测结果是针叶林优于阔叶林,混交林的生物量与激光雷达数据则没有明显相关性。最后,对回归分析的结果和影响预测精度的因素进行讨论,认为预测结果的精度可能与森林类型、激光雷达采样时间和采样密度以及坐标误差等因素有关。

关键词：机载激光雷达亚热带森林平均树高地上生物量

eTrex GPS接收机在森林资源调查中的定位精度评估

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林业资源管理 2006年第2期 79-82页

作者：刘清旺武红敢中国林业科学研究院资源信息研究所中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

针对GPS在森林资源调查中的应用现状,主要阐述了手持式GPS接收机的定位精度,并以山东中部的徂徕山林场作为实验区,研究了eTrex手持式GPS接收机和Z-MAX差分GPS接收机观测值的变化规律。

关键词：森林资源调查手持式GPS 差分GPS

GPS森林病虫害监测数据处理模块设计与开发

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中国森林病虫 2006年第3期25卷 16-20页

作者：周定辉武红敢斯林刘清旺中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

文章首先总结了GPS在我国森林病虫害调查与监测中的应用现状和问题,并简要介绍了GPS技术、Garmin GPS12接收机、ArcView系统及其Avenue语言。主要阐述了基于ArcView 3.x的GPS数据处理模块的设计、功能和开发实践方法,并从GPS和GIS集成... 详细信息

文章首先总结了GPS在我国森林病虫害调查与监测中的应用现状和问题,并简要介绍了GPS技术、Garmin GPS12接收机、ArcView系统及其Avenue语言。主要阐述了基于ArcView 3.x的GPS数据处理模块的设计、功能和开发实践方法,并从GPS和GIS集成的角度论述了该模块的现实意义。

关键词：森林病虫害监测 GPS ArcView3.x 设计与开发

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基于LIDAR数据的森林参数反演方法研究

地球科学进展 2009年第7期24卷 748-755页

作者：何祺胜陈尔学曹春香刘清旺庞勇北京师范大学/中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院研究生院北京100049 中国林业科学研究院资源信息研究所林业遥感与信息技术重点开放性实验室北京100091

森林结构参数诸如林分平均高、平均冠幅、平均胸径、林分密度、地上生物量等的空间分布对于森林可持续经营管理具有重要意义。以黑河流域祁连山大野口典型森林区为研究区,采用高密度LIDAR小脚印点云数据,在进行单木结构参数提取的基础上... 详细信息

森林结构参数诸如林分平均高、平均冠幅、平均胸径、林分密度、地上生物量等的空间分布对于森林可持续经营管理具有重要意义。以黑河流域祁连山大野口典型森林区为研究区,采用高密度LIDAR小脚印点云数据,在进行单木结构参数提取的基础上,按20 m×20 m大小的网格进行了小区域森林参数反演研究。首先由LIDAR点云数据生成冠层高度模型(Canopy Height Model,CHM),从CHM中估测单株木结构参数树的位置、树高、冠幅。然后采用多元逐步回归分析法建立样地(20 m×20 m)尺度上LIDAR估测的平均树高、冠幅等与实测森林参数(林分平均高、林分算数平均高、平均冠幅、平均胸径、林分密度、地上生物量)之间的关系。结果表明,林分平均高、林分算术平均高、地上生物量的估测方程精度较高,R2均大于0.7,平均冠幅、平均胸径、林分密度的估测方程R2均大于0.5,根据建立的方程得到了森林参数的空间分布图。高密度LIDAR数据可以得到较高精度的森林参数空间分布图,对于森林可持续经营管理以及林相图的更新等具有重要意义,同时对小流域森林水文科学的研究具有重要的应用价值。

关键词： LIDAR 森林参数反演黑河流域大野口