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融合机载和背包激光雷达的桉树单木因子估测

林业资源管理 2022年第6期 131-137页

作者：张信杰郑焰锋温坤剑王鹏杰吴发云国家林业和草原局林草调查规划院国家林业和草原局中南调查规划院

以海南省五指山市4块人工桉树林共计157株桉树为例，融合背包激光雷达和机载激光雷达点云数据对桉树单木因子进行了估测，探究融合数据在森林资源调查中的适用性。估测结果与实际样地数据对比表明，融合点云数据在胸径的估测上，R2=0.98... 详细信息

以海南省五指山市4块人工桉树林共计157株桉树为例，融合背包激光雷达和机载激光雷达点云数据对桉树单木因子进行了估测，探究融合数据在森林资源调查中的适用性。估测结果与实际样地数据对比表明，融合点云数据在胸径的估测上，R2=0.982,RMSE=0.868cm;在树高的估测上，R2=0.895,RMSE=2.005m,优于只使用背包激光雷达数据获取树高精度(R2=0.835,RMSE=2.458m)。基于背包激光雷达点云数据获取的单木胸径精度较高，融合点云数据可改善单一背包点云数据对树高上的估测。

关键词：背包激光雷达机载激光雷达单木参数胸径树高

基于背包LiDAR的半湿润常绿阔叶林及其常见树种的垂直结构特征

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生物多样性 2023年第11期31卷 45-55页

作者：饶杰生杨涛田希刘文聪王晓凤钱恒君沈泽昊云南大学生态与环境学院昆明650091 北京大学城市与环境学院北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871

森林的垂直结构是地上植被要素在垂直方向上的排列,它影响动植物多样性和生态系统功能,是许多植物生态学家关注的重点。背包激光雷达技术的发展为大面积、高精度扫描三维森林结构提供了基础。直观反映生物量的冠层高度(canopy height,CH... 详细信息

森林的垂直结构是地上植被要素在垂直方向上的排列,它影响动植物多样性和生态系统功能,是许多植物生态学家关注的重点。背包激光雷达技术的发展为大面积、高精度扫描三维森林结构提供了基础。直观反映生物量的冠层高度(canopy height,CH)、代表植物光合能力的叶面积指数(leaf area index,LAI)和单木尺度上的特征是森林垂直结构最重要的参数。本研究旨在探索鸡足山半湿润常绿阔叶林样地尺度和单木尺度上的垂直结构特征。本研究基于背包激光雷达,对滇中高原20.16 ha半湿润常绿阔叶林样地群落的CH和LAI进行了精细扫描和点云定量分析,在进行地形校正和群落分类的基础上,精细提取和分析了森林群落的叶面积指数的垂直变化和水平格局,并定量提取了群落常见乔木种的单木形态和垂直结构参数。结果显示:(1)以20 m×20 m标准样方为统计单位的CH和LAI的分布接近正态分布;(2)根据LAI的垂直分布,森林动态监测样地群落冠层由上至下可划分为林冠上层、林冠中层、林冠下层与灌木层4个层次;(3)元江栲(Castanopsisorthacantha)和高山栲(C.delavayi)群落的LAI垂直变化呈单峰格局,峰值高度分别为15m和13m,云南松(Pinusyunnanensis)群落为双峰格局,峰值高度为5 m和10 m;(4)不同树种的各单木参数表现出较大的差异性,但冠幅面积/胸径比表现出相对的稳定性。本研究在国内首次基于激光雷达技术定量分析具有复杂结构的半湿润常绿阔叶林的叶面积指数的三维格局,或可对以后该类型森林生物多样性的研究和不同森林类型之间的比较研究提供数据基础。

关键词：半湿润常绿阔叶林垂直结构叶面积指数冠层高度背包激光雷达单木

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基于多源激光点云数据的大型互通式立交桥及道路实景建模

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北京测绘 2023年第1期37卷 37-42页

作者：王甜甜张彦田雨农石增宇北京市测绘设计研究院北京100038 城市空间信息工程北京市重点实验室北京100038

大型立交桥的三维实景模型是数字城市建设的重要内容之一,可以为桥下空间梳理提供所需的实景三维参考数据。本文从实际生产应用的角度出发,针对三维模型生产周期长、点云采集工作量大且易存在数据“空洞”等问题,研究了基于多源三维激... 详细信息

大型立交桥的三维实景模型是数字城市建设的重要内容之一,可以为桥下空间梳理提供所需的实景三维参考数据。本文从实际生产应用的角度出发,针对三维模型生产周期长、点云采集工作量大且易存在数据“空洞”等问题,研究了基于多源三维激光点云数据进行大型互通式立交桥三维建模的方法,并得出了可行的数据采集和三维建模方案。以天宁寺桥为试验对象,利用车载、背包以及手持三维激光扫描系统采集高精度、高密度的三维点云数据,同时利用EPS实现半自动化立交桥结构线采集,参考点云数据基于3D Max平台实现对立交桥、河道及附属设施的三维建模,证明了利用多源点云数据进行大型互通式立交桥建模的可行性和有效性。

关键词：车载激光雷达背包激光雷达手持激光雷达互通式立交桥半自动化三维建模

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基于激光雷达的苹果树枝条信息提取研究

基于激光雷达的苹果树枝条信息提取研究

作者：张成健西安科技大学

学位级别：硕士

苹果树的枝条是叶、芽、花、果等器官生长的基础,适宜的枝条数量和长度是果树正常生长及开花结果的保证。同时,枝条信息（长度/数量）是苹果树长势以及产量等的重要表征指标,因此,准确的获取苹果树枝条信息对于果园生产具有重要意义。... 详细信息

苹果树的枝条是叶、芽、花、果等器官生长的基础,适宜的枝条数量和长度是果树正常生长及开花结果的保证。同时,枝条信息（长度/数量）是苹果树长势以及产量等的重要表征指标,因此,准确的获取苹果树枝条信息对于果园生产具有重要意义。本研究基于富士苹果树的地面激光扫描仪（Terrestrial Laser Scanning,TLS）和背包激光雷达（Backpack Light Detection and Ranging,Backpack-LiDAR）点云数据,利用定量结构模型（Quantitative Structural Model,QSM）进行重建并提取枝条信息。首先,对TreeQSM中的5个关键参数进行了敏感性分析,得出对高度矮且枝条复杂的苹果树建模的敏感参数;其次,提出一种苹果树枝条信息提取的参数优化方法,并作了系统的阐述。最后,基于参数优化后的QSM,对样本树进行建模并提取枝条信息,与实测值进行对比分析,并探究点云空间密度对结果的影响。本研究的主要结论包括:（1）对TreeQSM的原理进行介绍,并进行参数敏感性分析,结果表明:参数PD2Min对苹果树枝条信息的一阶敏感性和总体敏感性指数均远大于0.5,其对果树枝条信息提取最为敏感;本研究中参数组合数量的变化,对QSM参数的敏感性指数变化影响较小,但参数组合数量越大,敏感性指数可信度越高。（2）基于TLS点云数据,进行参数优化并建模提取苹果树枝条信息,探讨点云密度对结果的影响,结果表明:参数PD2Min=0.6cm时,枝条信息提取的相对误差最小,PD2Min取得最优值;PD2Min取最优条件下,第一、二、三级和总枝条长度提取结果的相对误差分别为7.43%、16.75%、35.84%和15.34%,数量提取结果的相对误差分别为12.00%、9.67%、23.81%和 2.89%。当点云空间密度分别为 60063 个/m3,48050 个/m3,30031个/m3,12638个/m3,6268个/m3,1658个/m3时,第一、二、三级和总枝条长度提取的相对误差分别约为10%、20%、30%和10%,数量提取的相对误差分别约为10%、10%、20%和10%;当点云空间密度807个/m3时,仅提取的第一级枝条信息可靠。TreeQSM提取分枝信息的精度,在一定范围内随着点云密度的增加而提高。对于本研究中的TLS点云数据,当点云空间密度高于1658个/m3,第一级、第二级、第三级和总枝条信息的提取结果几乎不变。（3）基于Backpack-LiDAR点云数据,对样本树进行建模并提取枝条信息,结果表明:PD2Min=1.2 cm时,枝条信息提取的均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）和相对均方根误差（relative Root Mean Square Error,NRMSE）均取得最小值,PD2Min最佳;PD2Min取最优条件下,除第一级枝条信息的提取结果外,其余分级枝条信息和总枝条信息被不同程度的低估;第一级枝条长度提取结果的R2=0.397,RMSE=3.43m,NRMSE=14.62%,第一级枝条数量提取结果的 R2=0.4351,RMSE=1.30,NRMSE=11.96%,基于Backpack-LiDAR点云数据,可完整重建第一级枝条并提取其信息。

关键词：地面激光扫描仪背包激光雷达定量结构模型枝条信息点云下采样