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高郁闭度人工林无人机激光雷达单木分割方法优化

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林业科学 2022年第9期58卷 48-59页

作者：朱泊东罗洪斌金京岳彩荣西南林业大学林学院昆明650224

【目的】针对高郁闭度林分条件下基于LiDAR点云数据单木分割林木提取困难、总体精度较低等问题,提出一种基于冠层起伏率结合分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法的分层分割法,为开展无人机LiDAR技术森林资源调查提供技术参考,为... 详细信息

【目的】针对高郁闭度林分条件下基于LiDAR点云数据单木分割林木提取困难、总体精度较低等问题,提出一种基于冠层起伏率结合分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法的分层分割法,为开展无人机LiDAR技术森林资源调查提供技术参考,为提高单木分割总体精度提供新策略。【方法】利用无人机激光雷达数据,采用分水岭算法、基于点云的局部最大值聚类算法和基于冠层起伏率结合分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法的分层分割法对高郁闭度思茅松人工林进行单木分割,并分析分水岭算法中4种CHM空间分辨率和3种DSM插值方法对单木分割效果的影响,与无人机高分辨率影像单木树冠目视解译结果进行比较,以探测率r、准确率p和F得分为指标对单木分割精度进行验证和评价。【结果】在幼龄林中,冠层起伏率较大,分水岭算法对单层林的分割效果优于基于点云的局部最大值聚类算法;在中龄林和近熟林中,冠层起伏率较小,分水岭算法易将思茅松树枝识别为树冠,基于点云的局部最大值聚类算法的分割效果优于分水岭算法;基于冠层起伏率结合分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法的分层分割法充分考虑不同龄组的林分结构差异,精度最高(F=0.75),优于分水岭算法(F=0.71)和基于点云的局部最大值聚类算法(F=0.68);在分水岭算法中,当分辨率为0.5 m×0.5 m时采用反距离权重法(IDW)插值得到的CHM单木分割精度最高(r=0.70,p=0.94,F=0.81)。【结论】林分结构存在差异,单一单木分割方法效果欠佳,通过提取样地冠层起伏率确定分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法单木分割适用的林分条件,可拓宽单一单木分割方法在不同林分条件下的优势,提升单木分割精度。

关键词： LiDAR 单木分割分水岭算法基于点云的局部最大值聚类算法分层分割

高郁闭度人工林无人机激光雷达单木分割方法研究

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高郁闭度人工林无人机激光雷达单木分割方法研究

作者：朱泊东西南林业大学

学位级别：硕士

单木是构成森林的最小单元。单木在林分中的空间结构和生化参数是森林资源调查中的重要因子。森林参数获取精确与否取决于单木分割是否准确。传统调查主要以人工为主,而激光雷达(LiDAR)作为一种快速获取目标地物三维空间信息的主动遥感... 详细信息

单木是构成森林的最小单元。单木在林分中的空间结构和生化参数是森林资源调查中的重要因子。森林参数获取精确与否取决于单木分割是否准确。传统调查主要以人工为主,而激光雷达(LiDAR)作为一种快速获取目标地物三维空间信息的主动遥感技术,随着技术的进步,LiDAR(Light Detection and Ranging)数据的获取成本不断降低,在林业领域的应用和研究也日益增多,尤其是林分尺度和单木尺度的森林垂直结构探测具有显著优势。当前,单木分割方法按数据源可分为两类,一类是基于栅格化冠层高度模型的CHM(Canopy Height Model)单木法;另一类是直接基于归一化后的点云数据进行分割的NPC(Normalized Point Cloud)单木法。但现有基于CHM和NPC的单木分割方法在高郁闭度林分条件下存在单木提取困难、总体精度较低等问题。为此,本研究使用无人机激光雷达数据,以云南省普洱市思茅区北部的万掌山林场为研究区,林场内主要以思茅松人工纯林为主,利用无人机激光雷达数据分别采用分水岭算法、基于点云的局部最大值聚类算法、基于层堆叠种子点的点云分割法以及本文提出的基于分层策略的单木分割优化方法对高郁闭度思茅松人工林进行单木分割。同时,为探究分水岭分割中最优空间插值方法和栅格分辨率大小,对分水岭算法在4种CHM空间分辨率和3种空间插值方法下对单木分割结果的影响进行分析。以无人机高分辨率影像为基准结合地面调查数据对单木树冠进行目视解译并以此作为验证,以探测率r、准确率p和F得分作为评价指标。研究表明:(1)在高郁闭度条件下,龄组差异对单木分割精度有一定影响。分水岭算法、基于点云的局部最大值聚类算法以及基于层堆叠种子点的点云分割法在高郁闭度思茅松人工林的各个龄组中分割精度有较大差异,但基于相同数据源的NPC单木法中基于层堆叠种子点的点云分割方法与基于点云的局部最大值聚类算法分割精度差异不大,基于点云的局部最大值聚类算法的分割精度略高。在幼龄林这种单层林中,CHM单木法中的分水岭算法分割精度优于NPC单木法中的基于点云的局部最大值聚类算法和基于层堆叠种子点的点云分割法;在中龄林中,3种分割方法的分割精度无显著差异;而在近熟林中这种垂直结构复杂的林分中,NPC单木法中的基于点云的局部最大值聚类算法和基于层堆叠种子点的点云分割法的分割结果与CHM单木法中的分水岭算法有显著差异,且精度高于分水岭算法。(2)由于林分结构的差异,单一的单木分割方法结果欠佳,以龄组作为分层指标,将分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法相结合的分层分割方法相较于其他3种单一分割方法精度最高(F=0.73),优于分水岭算法(F=0.71)、基于点云的局部最大值聚类算法(F=0.70)和基于层堆叠种子点的点云分割法(F=0.68);结果表明分层分割法能拓宽单一分割方法在不同林分条件下的适用范围,进而提升单木分割精度。(3)但在实际应用中龄组信息往往获取难度较大。而本文提出的基于冠层起伏率和高度变异系数的分层分割法的优点在于不依赖先验知识,通过对归一化点云数据提取高度变量中的冠层起伏率和高度变异系数作为分层参数来代替龄组信息来确定两种算法各自的适用范围,将分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法相结合,基于冠层起伏率和高度变异系数结合分水岭算法和基于点云的局部最大值聚类算法的分层分割法充分考虑了不同龄组的林分结构差异,避免通过森林资源二类调查等数据来获取大范围龄组数据所需要考虑时效性和边界范围准确性等问题,同时也避免以龄组作为分层参数时同一龄组内部常存在林分疏密差异性较大的情况,进而导致分层效果不佳从而影响总体分割精度的问题。分层分割方法的精度优于单一分割方法在复杂林分中的分割精度,相较于基于龄组的分层分割方法在精度上有了一定的提高,其中基于高度变异系数的分层分割方法(F=0.76)和基于冠层起伏率的分层分割法(F=0.75)。(4)不同插值方法生成的CHM及其不同分辨率对分割精度有一定的影响,当CHM分辨率为0.5 m×0.5 m时,分水岭算法的分割精度最高,且三种空间插值方法中反距离权重法(IDW)分割精度最高(F=0.81),优于克里金插值法(F=0.80)和不规则三角网插值法(F=0.77)。

关键词： LiDAR 单木分割分水岭算法基于点云的局部最大值聚类算法层堆叠分层分割

基于GF-1数据多尺度遥感特征的森林蓄积量估测研究

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林业资源管理 2022年第3期 54-59页

作者：黄冰倩岳彩荣朱泊东贵州省林业调查规划院西南林业大学

基于贵州省观山湖区高分1号(GF-1)遥感数据提取的光谱信息、植被指数及纹理特征，结合实测马尾松样地数据，通过多元逐步回归、随机森林算法构建不同窗口遥感特征的森林蓄积量估测模型。结果表明：多元逐步回归、随机森林估测模型最佳... 详细信息

基于贵州省观山湖区高分1号(GF-1)遥感数据提取的光谱信息、植被指数及纹理特征，结合实测马尾松样地数据，通过多元逐步回归、随机森林算法构建不同窗口遥感特征的森林蓄积量估测模型。结果表明：多元逐步回归、随机森林估测模型最佳窗口均为13×13窗口；选取DI2,B3,EN2,SM2,CO3作为建模特征变量，以最佳窗口建立蓄积估测模型，随机森林模型拟合效果优于多元逐步回归模型。根据遥感影像分辨率选取适宜窗口提取特征变量，可进一步提高森林蓄积估测的建模精度。

关键词：高分1号纹理特征多元逐步回归随机森林算法森林蓄积量

基于地相位优化估计的RVoG三阶段森林冠层高度反演

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农业机械学报 2022年第7期53卷 301-307页

作者：罗洪斌朱泊东岳彩荣杨文俊龙飞徐婉婷西南林业大学林学院昆明650224

极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)估测森林结构参数中,数据受基线长度、信噪比、环境地形以及雷达波长的影响,尤其在复杂森林环境条件下,会导致观测到的复相干存在误差,从而影响最终的反演结果。为解决此问题,首先探讨了体相干选择对RVo... 详细信息

极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)估测森林结构参数中,数据受基线长度、信噪比、环境地形以及雷达波长的影响,尤其在复杂森林环境条件下,会导致观测到的复相干存在误差,从而影响最终的反演结果。为解决此问题,首先探讨了体相干选择对RVoG三阶段森林冠层高度反演的影响,以地相位为参考逐像素选择距离地相位最远的相干性作为体相干。其次改进了地相位估计方法,采用戴明回归(DMR)和正交回归(OGR)2种相干直线拟合方法来改进地相位的估计,并在DMR拟合方法中设置了不同的误差比(0.3和0.6)来比较地相位估计方法对RVoG三阶段森林冠层高度反演的影响。研究结果表明:以地相位为参考逐像素选择体相干的反演结果相较于直接使用HV极化通道的复相干γ_(HV)为体相干的反演精度有明显提升,决定系数(R^(2))由0.349增加到0.383,均方误差由7.097 m^(2)降低到5.755 m^(2)。在体相干优化选择的基础上,采用了戴明回归和正交回归对地相位估计方法进行了改进。表明基于最小二乘回归(LSR)地相位估计的RVoG三阶段反演精度最低,采用DMR和OGR进行相干线拟合的反演精度相较于LSR均有一定提升,所有反演结果的决定系数(R^(2))均在0.440左右,均方误差(MSE)均降低了2 m^(2)左右。研究结果说明采用RVoG三阶段方法反演森林冠层高度时,在复相干存在误差的情况下,用传统最小二乘回归(LSR)估计地相位进行高度反演会对结果带来一定误差,通过其他相干直线拟合方法来克服复相干误差的影响能改善最终的森林冠层高度反演结果,以地相位为参考选择体相干的反演方法也更为合理。

关键词：森林冠层高度地相位估计体相干选择 RVoG三阶段反演 PolInSAR

流动助剂对尼龙1012粉末流动性能和浸塑影响

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塑料工业 2024年第4期52卷 158-164页

作者：丁泊文孙刚伟朱树琦会通新材料(上海)有限公司上海200062

选用深冷粉碎法制备的尼龙1012(PA1012)粉末作为基材,添加五种不同表面性质的流动助剂(二氧化硅和氧化铝),研究助剂对粉末流动性能以及浸塑性能的影响。流动助剂的添加量为0.2%时,粉体流动性能的改善效果最佳。疏水沉淀法二氧化硅(D17)... 详细信息

选用深冷粉碎法制备的尼龙1012(PA1012)粉末作为基材,添加五种不同表面性质的流动助剂(二氧化硅和氧化铝),研究助剂对粉末流动性能以及浸塑性能的影响。流动助剂的添加量为0.2%时,粉体流动性能的改善效果最佳。疏水沉淀法二氧化硅(D17)吸湿率低、易分散在尼龙颗粒间隙之间,对尼龙粉末流动性能的改善效果最佳,但在浸塑过程中易发泡,影响涂膜的平整性;虽然气相氧化铝(Alu C)的粒度小,但其可以有效消除粉末摩擦产生的静电力,提高粉体的流动性,并且浸塑法制备的涂膜无不良现象,更适用于PA1012粉末。

关键词：尼龙1012 二氧化硅氧化铝流动性能浸塑性能

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森林扰动遥感影像检测方法研究进展

世界林业研究 2022年第4期35卷 40-46页

作者：王宁岳彩荣罗洪斌谷雷朱泊东西南林业大学林学院昆明650224

将碳达峰、碳中和纳入我国生态文明建设整体布局是中共中央作出的重大战略选择。森林是陆地生态系统最重要的贮碳库,对实现碳中和具有重要作用。森林的扰动与碳储量和碳汇关系密切,目前由于森林扰动资料的缺乏,导致区域森林碳汇与碳源... 详细信息

将碳达峰、碳中和纳入我国生态文明建设整体布局是中共中央作出的重大战略选择。森林是陆地生态系统最重要的贮碳库,对实现碳中和具有重要作用。森林的扰动与碳储量和碳汇关系密切,目前由于森林扰动资料的缺乏,导致区域森林碳汇与碳源的估算精度不准确,建立和完善适用于中国森林的扰动检测方法具有重要的理论意义和应用价值。文中在分析国内外森林扰动遥感检测文献的基础上对分类后比较法、直接分析法、时间序列分析法与深度学习法进行对比,分析每一类方法的技术特点和应用效果,指出森林扰动检测方法存在的问题,展望今后发展方向,以期能够为森林扰动检测相关研究提供参考。

关键词：遥感影像变化检测森林扰动时间序列

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优化的RVoG三阶段森林冠层高度反演方法

农业机械学报 2022年

作者：罗洪斌朱泊东岳彩荣杨文俊龙飞徐婉婷西南林业大学林学院

极化干涉合成孔径雷（PolInSAR）森林结构参数估测中，数据受基线长度大小、信噪比、环境地形以及雷达波长的影响，尤其在复杂森林环境条件下，会导致观测到的复相干存在误差，从而影响最终的反演结果。为解决此问题，首先探讨了体相干...

极化干涉合成孔径雷（PolInSAR）森林结构参数估测中，数据受基线长度大小、信噪比、环境地形以及雷达波长的影响，尤其在复杂森林环境条件下，会导致观测到的复相干存在误差，从而影响最终的反演结果。为解决此问题，首先探讨了体相干选择对RVoG三阶段森林冠层高度反演的影响，以地相位为参考逐像素选择距离地相位最远的相干性作为体相干。其次改进了地相位估计方法，采用戴明回归（DMR）和正交回归（OGR）两种相干直线拟合方法来改进地相位的估计，并在戴明回归（DMR）拟合方法中设置了不同的误差比（0.3和0.6）来比较地相位估计方法对RVoG三阶段森林冠层高度反演的影响。研究结果表明: 以地相位为参考逐像素选择体相干的反演结果相较于直接使用HV极化通道的复相干γ;为体相干的反演精度有明显提升，决定系数(R;)由0.349增加到0.383，均方误差由7.097 m;降低到5.755 m;。在体相干优化选择的基础上，采用了戴明回归和正交回归对地相位估计方法进行了改进。表明基于最小二乘回归（LSR）地相位估计的RVoG三阶段反演精度最低，采用戴明回归（DMR）和正交回归（OGR）进行相干线拟合的反演精度相较于最小二乘回归（LSR）均有一定提升，所有反演结果的决定系数(R;)均在0.440左右，均方误差（MSE）均降低了2m;左右。研究结果说明采用RVoG三阶段方法反演森林冠层高度时，在复相干存在误差的情况下，用传统最小二乘回归（LSR）估计地相位进行高度反演会对结果带来一定误差，通过其他相干直线拟合方法来克服复相干误差的影响能改善最终的森林冠层高度反演结果，以地相位为参考选择体相干的反演方法也更为合理。

关键词：

基于小波分解-LSTM的航空发动机润滑油量模型

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航空发动机 2024年

作者：袭奇王婧古书怀马驰徐贵强朱泊宇华南师范大学数据科学与工程学院上海飞机客户服务有限公司商飞软件有限公司

为了描述航空发动机润滑油量在飞机飞行中的变化，综合小波分解和长短期记忆网络（LSTM）的优点构建了小波分解-LSTM模型，模型的输入是由发动机高压转子转速、低压转子转速、飞机飞行高度、飞行姿态等参数构成的多组时间序列，输出为... 详细信息

为了描述航空发动机润滑油量在飞机飞行中的变化，综合小波分解和长短期记忆网络（LSTM）的优点构建了小波分解-LSTM模型，模型的输入是由发动机高压转子转速、低压转子转速、飞机飞行高度、飞行姿态等参数构成的多组时间序列，输出为对应的润滑油量序列。采用实际运营中的快速存储记录器（QAR）数据，选取润滑油量波动较大的飞机飞行下降阶段进行建模。对润滑油量数据进行温度校准，去除热胀冷缩因素的影响；选择影响润滑油量变化的关键因素，包括高压转子转速、飞机姿态、飞行高度、飞行速度等1 1个输入因素；对这些输入因素和经温度校准后的润滑油量数据做小波分解，降低数据中噪声的影响并减小数据量，以加快后续机器学习模型的训练速度；采用L STM神经网络训练数据模型，根据输入因素计算出润滑油量数据。结果表明：基于真实飞行数据测试结果显示，以升为单位，模型计算的润滑油量与实际润滑油量间均方误差约为0.1说明模型能够有效描述飞机下降阶段中润滑油量的变化，可用于发动机滑油系统健康监控，为发动机滑油系统预测性维护提供新的方法支持。

关键词：润滑油量滑油系统健康监控小波分解长短期记忆网络航空发动机

基质Lewis酸性调控及其催化轻烃裂化反应性能

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燃料化学学报（中英文） 2024年第2期52卷 218-233页

作者：冯锐方舟周鹏李天泊胡晓燕闫新龙张忠东中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国石油石油化工研究院北京102206

催化剂分子筛和基质的合理匹配是提高石脑油催化裂化制低碳烯烃产量的最有效路径之一,但是基质表面Lewis酸性对裂化反应的影响尚未明确。本研究通过硼和锌改性γ-Al_(2)O_(3)和锡改性KIT-6介孔氧化硅材料调变表面的Lewis酸,研究基质及其... 详细信息

催化剂分子筛和基质的合理匹配是提高石脑油催化裂化制低碳烯烃产量的最有效路径之一,但是基质表面Lewis酸性对裂化反应的影响尚未明确。本研究通过硼和锌改性γ-Al_(2)O_(3)和锡改性KIT-6介孔氧化硅材料调变表面的Lewis酸,研究基质及其与ZSM-5分子筛配合使用时催化正庚烷和1-己烯裂化制低碳烯烃的性能。采用XRD、TEM、N2物理吸附-脱附以及NH3-TPD等方法探讨了改性γ-Al_(2)O_(3)和KIT-6的结构性质和表面酸性质。结果表明,B可以降低γ-Al_(2)O_(3)的表面Lewis酸性(酸量和酸强度),而Zn可以增强其表面酸性;此外,Sn可以提高有序介孔KIT-6表面Lewis酸性。催化裂化反应结果表明,当基质单独使用时,随基质表面Lewis酸性增强,轻烃反应活化能降低且转化率升高;当基质与ZSM-5配合使用时,基质在上分子筛在下的双床层排布方式对应的转化率最高,且随基质Lewis酸性增强,轻烃转化率升高,但Lewis酸性过强会加速氢转移反应,降低低碳烯烃的选择性。

关键词：路易斯酸基质催化裂化低碳烯烃