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背包式激光雷达的落叶松单木因子提取 被引量：17
1
作者 黄旭 贾炜玮 +2 位作者 王强 郑玉洁 梁玉钊 《森林工程》 2019年第4期14-21,共8页
【目的】背包式激光雷达作为一种新型激光雷达,具有其他激光雷达所没有的优点,但还没有相应的文献参考,因此本文使用背包式激光雷达进行落叶松单木因子提取,为背包式激光雷达的使用提供理论基础。【方法】以黑龙江省桦南县孟家岗林场9... 【目的】背包式激光雷达作为一种新型激光雷达,具有其他激光雷达所没有的优点,但还没有相应的文献参考,因此本文使用背包式激光雷达进行落叶松单木因子提取,为背包式激光雷达的使用提供理论基础。【方法】以黑龙江省桦南县孟家岗林场9块落叶松人工林样地为研究对象,根据树木的形态特征,利用背包式激光雷达扫描样地获取点云数据,使用Lidar360软件对样地内的树木点云数据进行单木识别及胸径、树高的提取,同时与实测数据比较进行精度评价及相关性检验。【结果】①利用背包式激光雷达数据进行单木分割的单木匹配率较高,平均匹配率为80. 20%;②单木胸径提取结果决定系数R2最低为0. 8,最高可达0. 97,均方根误差RMSE最高为1. 92 m,最低为0. 6 m,胸径提取精度最高为97. 62%,最低为92. 25%;③单木树高提取的平均精度为80. 27%,提取结果与实测相比差距较大。【结论】背包式激光雷达扫描的点云数据可以用于样地内单木的识别;胸径的提取结果可靠性最高,能够满足林下胸径数据的采集;由于遮挡单木点云数据的树冠顶部扫描不完全,导致树高提取的精度相对较低。说明背包式激光雷达还不可以直接用于树高数据的采集和提取,需结合其他种类激光雷达数据进行更高精度的分析。 展开更多
关键词 背包式激光雷达 点云数据 落叶松人工林 胸径 树高
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基于背包式激光雷达测量系统的城市绿地树木三维绿量估算方法 被引量：7
2
作者 李肖肖 唐丽玉 +2 位作者 彭巍 陈建新 麻霞 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2777-2784,共8页
三维绿量能够客观、准确描述城市绿化水平,可为定量研究城市绿地生态功能的机理提供可靠的数据基础。针对单位附属绿地分布分散、规模较小等特点,本研究提出一种面向该类城市绿地的三维绿量估算方案,该方案包括数据获取、处理、实体分... 三维绿量能够客观、准确描述城市绿化水平,可为定量研究城市绿地生态功能的机理提供可靠的数据基础。针对单位附属绿地分布分散、规模较小等特点,本研究提出一种面向该类城市绿地的三维绿量估算方案,该方案包括数据获取、处理、实体分割、分类和单木冠层提取以及三维绿量计算的环节。首先,利用背包式激光雷达测量系统获取三维点云数据,利用变尺度地面点滤波算法剔除地面点云;然后,利用基于密度的聚类算法对非地面点云进行聚类,且基于密度特征的竞争算法对重叠区域进行二次分割,形成独立对象;接着,利用PointNet++模型提取植物点云,根据枝叶点云主方向差异性以及轴向分布密度提取冠层点云;最后,使用凸包法计算单木冠层三维绿量,累计每株木的三维绿量得到区域三维绿量。以某科技园区为例,估算其总三维绿量为21034.95 m^(3),其中,芒果树株数最多,三维绿量总量最大,为4868.64 m^(3),占23.2%;单株三维绿量最大的树种为小叶榄仁,平均每株为120.37 m^(3)。本研究方案估算的树木三维绿量与传统方法的相对误差在10.7%~33.7%,平均相对误差为20.9%;与台积法的相对误差在2.7%~16.0%,平均相对误差为8.7%。本研究方案充分利用三维点云数据特性,所用凸多面体逼近树冠的原始形态,更符合树木的实际情况。该三维绿量测量和估算方案可为城市三维绿量快速、精确估算提供新思路。 展开更多
关键词 城市绿地 背包式lidar PointNet++ 点云分割 三维绿量
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融合机载和背包激光雷达的桉树单木因子估测 被引量：4
3
作者 张信杰 郑焰锋 +2 位作者 温坤剑 王鹏杰 吴发云 《林业资源管理》 北大核心 2022年第6期131-137,共7页
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,RM... 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。 展开更多
关键词 背包激光雷达 机载激光雷达 单木参数 胸径 树高
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结合激光雷达和三维性状分析的田间小麦产量分级研究 被引量：1
4
作者 施凌天 丁国辉 +2 位作者 夏云鹏 葛玉峰 周济 《南京农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1011-1021,共11页
[目的]田间产量分级研究对小麦(Triticum aestivum)育种、栽培和农业生产均具有重要意义。本研究旨在通过激光雷达对小麦冠层性状进行表型采集和动态监测,基于三维性状为田间产量分级提供分型依据。[方法]基于背包式激光雷达采集的三维... [目的]田间产量分级研究对小麦(Triticum aestivum)育种、栽培和农业生产均具有重要意义。本研究旨在通过激光雷达对小麦冠层性状进行表型采集和动态监测,基于三维性状为田间产量分级提供分型依据。[方法]基于背包式激光雷达采集的三维点云开发了大田点云矫正、精准小区点云分割、修正和提取冠层区域点云等三维表型性状分析流程;在各关键生育时期对486个小区提取冠层性状,如作物高度、冠层覆盖度、三维冠层表面积和三维冠层指数(3DCI)。[结果]通过算法流程获取的冠层性状与人工统计数据进行线性回归分析,计算决定系数R^(2)(P<0.001,n=486小区),包括作物高度(R^(2)=0.866 0,RMSE=5.66 cm)、冠层覆盖度(R^(2)=0.899 3,RMSE=0.057 4)、三维冠层表面积(R^(2)=0.836 4,RMSE=0.170 3)、3DCI(R^(2)=0.769 5,RMSE=0.265 5)等,验证了算法的可靠性。再通过人工产量数据确定灌浆期为产量分级的关键时期,进而完成了基于性状的聚类分析、产量分级和品种分类。[结论]本研究提出的算法能有效提取小区尺度的冠层性状,以此对不同小麦品种的产量和高产表型分类,为育种栽培和农业生产中产量分级研究提供了可靠的表型依据和解析技术。 展开更多
关键词 背包式激光雷达 三维产量性状分析 产量分级 聚类分析 小麦
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基于背包LiDAR点云多尺度渐进DTM构建方法 被引量：2
5
作者 惠振阳 李娜 +1 位作者 胡海瑛 李卓宣 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期151-161,共11页
针对传统滤波方法对于背包点云数据在地形陡峭、植被覆盖广的复杂地区的滤波精度较低的问题,提出一种基于背包LiDAR点云多尺度渐进数字地面模型(DTM)构建方法。首先,利用最小二乘法由地面种子点拟合出DTM曲面,并构建出渐进式DTM;然后,... 针对传统滤波方法对于背包点云数据在地形陡峭、植被覆盖广的复杂地区的滤波精度较低的问题,提出一种基于背包LiDAR点云多尺度渐进数字地面模型(DTM)构建方法。首先,利用最小二乘法由地面种子点拟合出DTM曲面,并构建出渐进式DTM;然后,通过多尺度形态学开运算进行地物点探测;最后,通过设定自适应滤波阈值函数实现地面点的提取。选取4组位于复杂地形区域的背包LiDAR点云数据进行实验分析,本文方法得到的平均总误差为7.88%;与3种传统的滤波算法(LAStools、MCC和CSF)进行滤波对比分析,本文方法在4个实验区域内的总误差均明显低于以上3种方法的滤波总误差。此外,本文方法不需要设置复杂的参数,能够根据地形的变化自适应地调整滤波阈值,具有较强的鲁棒性。 展开更多
关键词 遥感 背包lidar 形态学运算 多尺度渐进方法 自适应滤波
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基于背包式激光雷达的林木胸径和树高提取 被引量：2
6
作者 赵琦 李震 +7 位作者 陈丽华 刘志斌 汤雷吼 杨洪武 杨桂贤 罗天啸 谭俊 刘中袭 《林业调查规划》 2022年第4期18-22,共5页
背包式激光雷达扫描系统易操作、查看简洁方便、效率高,但目前还没有广泛应用到林业调查中。本研究通过利用背包式激光雷达扫描数据提取样地单木胸径、树高,计算相应蓄积量,为森林调查工作提供参考。采用LiBackpack 50背包式激光雷达对... 背包式激光雷达扫描系统易操作、查看简洁方便、效率高,但目前还没有广泛应用到林业调查中。本研究通过利用背包式激光雷达扫描数据提取样地单木胸径、树高,计算相应蓄积量,为森林调查工作提供参考。采用LiBackpack 50背包式激光雷达对广西派阳山林场的7个样地树木胸径、树高进行数据采集,通过数据处理软件LiDAR 360提取胸径和树高,测算蓄积量。结果显示,密度较小,杂灌较少,通视条件较好、干形规则的样地,胸径、树高实测值与提取值间的相关性较高,蓄积量差异较小,可采用激光雷达进行森林资源辅助调查。 展开更多
关键词 背包式激光雷达 树木胸径 树高 蓄积量 数值提取
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2019年天山云杉背包式激光雷达三维参数测量数据集 被引量：1
7
作者 王亚鹏 张文革 +4 位作者 胡林 刘婷婷 曹姗姗 王蕾 孙伟 《农业大数据学报》 2022年第1期119-124,共6页
单木胸径、树高和冠幅等三维结构参数是森林生态系统结构、功能与格局等研究的重要基础。应用天基卫星遥感影像和空基无人机影像多用于提取区域、林分和样地尺度的森林结构参数,基于地面背包式激光雷达可高效获取单木尺度的高精度特征数... 单木胸径、树高和冠幅等三维结构参数是森林生态系统结构、功能与格局等研究的重要基础。应用天基卫星遥感影像和空基无人机影像多用于提取区域、林分和样地尺度的森林结构参数,基于地面背包式激光雷达可高效获取单木尺度的高精度特征数据,提升传统的人工地面调查效率和准确性,是森林结构参数反演数据来源的有力补充。以新疆西天山森林生态系统国家定位观测研究站的天山云杉林为研究对象,根据天山云杉的立地条件、林分起源和空间分布等特征,于2019年10月选择3块人工林和3块天然林样地进行背包式激光雷达扫描,共获取320株天山云杉单木的三维点云数据。通过对点云数据进行预处理和单木参数识别,提取单木X坐标、Y坐标、胸径、树高、树冠直径、冠幅面积和树冠体积等三维结构参数,构建2019年天山云杉背包式激光雷达三维参数测量数据集。本数据集可为多尺度森林生态系统关键参数反演研究提供基础数据,也可为森林资源外业调查过程中背包式激光雷达应用效果评估提供案例。 展开更多
关键词 天山云杉 单木三维参数 背包式激光雷达 科学数据
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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 被引量：5
8
作者 饶杰生 杨涛 +4 位作者 田希 刘文聪 王晓凤 钱恒君 沈泽昊 《生物多样性》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期45-55,共11页
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... 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。 展开更多
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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基于动态圆柱拟合的背包激光雷达单木骨架曲线提取
9
作者 黄志鑫 邢涛 +1 位作者 邢艳秋 王强 《中南林业科技大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期68-76,共9页
【目的】为了精确构建树木的三维模型,基于背包激光扫描(Backpack laser scanning,BLS)系统获取的单木点云数据,提出了一种动态圆柱拟合方法提取树木真实的骨架曲线。【方法】以广西壮族自治区南宁市高峰林场为研究区。从样地点云数据... 【目的】为了精确构建树木的三维模型,基于背包激光扫描(Backpack laser scanning,BLS)系统获取的单木点云数据,提出了一种动态圆柱拟合方法提取树木真实的骨架曲线。【方法】以广西壮族自治区南宁市高峰林场为研究区。从样地点云数据中分离出单棵杉木点云,对其地面点与树叶点进行滤波处理,得到单木枝干点云。根据树木单枝近似圆柱特性,提出动态圆柱拟合算法,将单木枝干点云分割成大量单枝点云,并对单枝点云进行优化。分别对优化后单枝点云的XYZ坐标进行主成分分析,计算其特征值,最大特征值所对应的特征向量即为主方向。基于体元逐层聚类,沿主方向进行骨架点的提取,并利用3次B样条曲线对单枝骨架点进行平滑处理以获取单枝骨架曲线。利用同向向量近邻点搜索方法确定单枝骨架曲线连接点,实现骨架曲线拼接,从而实现完整单木骨架曲线的提取。【结果】对样地单株杉木进行骨架曲线提取,设置3种动态圆柱递减参数δ。递减参数为0.3 cm时,点云利用率为95.04%,处理时间为515.05 s;递减参数为0.5 cm时,点云利用率为92.70%,处理时长为369.34 s;递减参数为0.8 cm时,点云利用率79.70%,处理时长为349.35 s。参数为0.3 cm时,点云利用率最高,能够非常完整的提取骨架曲线;参数为0.5 cm时,点云利用率可以满足骨架曲线的提取,并且算法运行时间相比于参数0.3 cm时降低了28.29%;参数为0.8 cm时,部分单枝存在缺失现象,无法满足骨架曲线提取要求。【结论】将递减参数设置为0.5 cm,利用动态圆柱拟合方法提取背包激光扫描单木点云的骨架曲线能够表征单木的几何、拓扑结构。 展开更多
关键词 骨架曲线 背包激光雷达扫描 动态圆柱拟合 单枝点云
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