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机载激光雷达森林垂直结构剖面参数的沿海平原人工林林分特征反演 总被引：3，自引：0，他引：3
中国是世界上人工林面积最大的国家,实时、定量、精确地获取人工林林分特征对于人工林资源监测、管理以及全球碳循环具有重要意义。以北亚热带沿海平原人工林为研究对象,借助机载激光雷达LiDAR(Light Detection And Ranging)点云数据并结合地面实测的55个样地来反演人工林林分特征。首先,构建冠层高度分布剖面CHD(Canopy Height Distribution)和枝叶剖面FP(Foliage Profile);然后,通过Weibull函数分别对CHD和FP进行拟合并提取Weibull参数作为特征变量(第1组);同时,还直接基于点云提取了LiDAR高度变量HRM(HeightRelated Metrics)和冠层密度变量DRM(Density-Related Metrics)(第2组);最后,结合地面实测数据和两组特征变量构建了多元回归模型用于预测各林分特征(即林分密度、平均胸径、胸高断面积、Lorey’s树高、蓄积量和地上生物量)。结果表明:(1)与只使用基于点云的特征变量(即第2组)相比,结合点云特征变量(第2组)和冠层垂直结构剖面特征变量(第1组)的各林分特征预测精度均有所提升(ΔAdjusted R2=0—0.13,ΔrRMSE=0.08—3.65%);(2)对各林分特征预测的结果中,Lorey’s树高(Adjusted R2=0.85, rRMSE=7.66%)和蓄积量(Adjusted R2=0.84,rRMSE=14.27%)的预测精度最高,地上生物量(Adjusted R2=0.78, rRMSE=14.15%)、胸高断面积(Adjusted R2=0.73, rRMSE=14.70%)和平均胸径(Adjusted R2=0.64, rRMSE=15.05%)次之,林分密度(Adjusted R2=0.58,rRMSE=26.16%)的预测精度最低;(3)Weibull函数较准确地反映了亚热带人工林垂直冠层结构,可以有效提高林分特征反演精度。 相似文献
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大光斑激光雷达数据已广泛应用于森林冠层高度提取,但通常仅限于地形坡度小于20°的平缓地区。在地形坡度大于20°的陡峭山区,地形引起的波形展宽使得地面回波和植被回波信息混合在一起,给森林冠层高度提取带来巨大挑战。本文利用激光雷达回波模型和地形信息,提出了一种模型辅助的坡地森林冠层高度反演算法。该方法以激光雷达回波信号截止点为参考,定义了波形高度指数H50和H75,使用激光雷达回波模型与已知地形信息模拟裸地的激光雷达回波,将裸地回波信号截止点与森林激光雷达回波信号截止点对齐,利用裸地回波计算常用的波形相对高度指数RH50和RH75,对森林冠层高度进行反演。并与高斯波形分解法和波形参数法的反演结果进行了比较。研究结果表明:(1)利用所提取的波形指数RH50和RH75对胸高断面积加权平均高(Lorey’s height)进行了估算,在坡度小于20°时,高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的估算结果与实测值线性拟合的相关系数(R2)分别为0.70,0.78和0.98,对应的均方根误差(RMSE)分别为2.90 m,2.48 m和0.60 m,模型辅助法略优于其他两种方法;(2)在坡度大于20°时,高斯波形分解法、波形参数法和模型辅助法的R2分别为0.14,0.28和0.97,相应的RMSE分别为4.93 m,4.53 m和0.81 m,模型辅助法明显优于其他两种方法;(3)在0°—40°时,模型辅助法对Lorey’s height估算结果与实测值的R2为0.97,RMSE为0.80 m。本研究提出的模型辅助法具有更好的地形适应性,在0°—40°的坡度范围内具备对坡地森林冠层高度反演的潜力。 相似文献
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针对无人机激光雷达估测低矮植被高度的精度大小,本文以3m以下低矮树木为研究对象,通过数值模拟方法得到不同航高、不同扫描角情况下激光脚点坐标和点云估测单一树木高度的最大测量误差值;对比实测树高,分析了激光点云估测树高的精度。结果表明,在航高为30m、扫描范围为(-50°,5°)的情况下,无人机激光雷达获取的激光脚点坐标误差和由激光点云估测低矮树高(3m以下)的误差均可以达到cm级;激光点云估测单一树木高度与实测高度的决定系数为0.977,均方根差为5cm,标准均方根差为4%。因此,应用无人机激光雷达数据可以快速、精确获取低矮植被高度信息,进而为反演植被生物量和植被长势信息监测提供重要依据。 相似文献
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机载LiDAR数据估算样地和单木尺度森林地上生物量 总被引：2，自引：0，他引：2
利用机载激光雷达点云数据,结合大量实测单木结构信息,分别从样地和单木尺度估算了森林地上生物量AGB。首先,利用局部最大值单木提取算法提取了每个样地内的单木结构参数,并针对样地和单木尺度分别计算了一组激光雷达变量。然后,利用激光雷达变量和地上生物量及其两者的对数形式,从样地和单木尺度分别构建了估算模型。最后,针对两种尺度估算过程中存在的不确定性进行了详细讨论。结果表明:(1)样地和单木尺度模型估算的森林地上生物量与地面实测值都具有明显的相关性,且对数模型估算效果要优于非对数模型;(2)样地尺度模型估算效果(R2=0.84,rRMSE=0.23)明显优于单木尺度模型(R2=0.61,rRMSE=0.46);(3)按树木类型分别进行估算可以提高单木地上生物量的估算精度;(4)不论是样地还是单木尺度地上生物量估算都存在一定的不确定性,与样地尺度相比,单木尺度估算过程的不确定性更大,这种不确定性主要来自单木识别过程。 相似文献
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用地基激光雷达提取单木结构参数——以白皮松为例 总被引：6，自引：1，他引：5
以白皮松(Pinus bungeana Zucc)为研究对象,针对地基激光雷达TLS扫描的3维点云数据在单株木垂直方向的分布特征,提出了一种基于体元化方法的树干覆盖度变化检测方法,获取单木枝下高;然后根据获取的枝下高引入2维凸包算法获取垂直方向分层树冠轮廓,并计算树冠体积和冠幅;同时获取的单木参数还有胸径与树高。结果表明:单木枝下高的估测精度较高,R2与RMSE分别为0.97 m和0.21 m;胸径估测结果的R2与RMSE分别为0.79 cm和1.07 cm;采用逐步线性回归方法建立单木树冠体积与其他单木参数的相关关系,模型变量包括冠幅、叶子填充树冠长度和胸径,样本数为20,模型的R2与RMSE分别是0.967 m3和2.64 m3。本文方法能较准确地估测枝下高,TLS数据具有对树冠结构3维建模的潜力。 相似文献
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亚热带森林参数的机载激光雷达估测 总被引：5，自引：2，他引：3
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。 相似文献
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机载激光雷达平均树高提取研究 总被引：16，自引：3，他引：13
为了研究机载激光雷达(LiDAR)树高提取技术,以山东省泰安市徂徕山林场为实验区,于2005年5月进行了机载LiDAR数据获取和外业测量.通过对LiDAR点云数据的分类处理,分别得到了试验区的地面点云子集、植被点云子集和高程归一化的植被点云子集.基于高程归一化的植被点云子集计算了上四分位数处的高度,与实地测量的数据进行了比较,并结合中国森林调查规程进行了实用性分析.结果表明:对于较低密度的点云数据,使用分位数法可以较好地进行林分平均高的估计;机载激光雷达技术对树高估计是可行的,精度都高于87%,总体平均精度为90.59%,其中阔叶树的精度高于针叶树.该试验精度可以满足中国二类森林调查规程中平均树高因子的一般商品林和生态公益林的精度要求,对国有商品林小班的调查精度要求(5%)存在一点差距,需要在国有商品林区进一步开展验证工作.对本试验区而言,已经可以满足其作为森林公园生态公益林的调查要求. 相似文献
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WorldView-2纹理的森林地上生物量反演 总被引：1，自引：0，他引：1
使用高空间分辨率卫星WorldView-2的多光谱遥感影像,构建植被指数和纹理因子等遥感因子与森林地上生物量的关系方程,并计算模型估测精度和均方根误差,探索高分辨率数据的光谱与纹理信息在温带森林地上生物量估测应用中的潜力。以黑龙江省凉水自然保护区温带天然林及天然次生林为研究对象,通过灰度共生矩阵(GLCM)、灰度差分向量(GLDV)及和差直方图(SADH)对高分辨率遥感影像进行纹理信息提取,并利用外业调查的74个样地地上生物量与遥感因子建立参数估计模型。提取的遥感因子包括6种植被指数(比值植被指数RVI、差值植被指数DVI、规一化植被指数NDVI、增强植被指数EVI、土壤调节植被指数SAVI和修正的土壤调节植被指数MSAVI)以及3类纹理因子(GLCM、GLDV和SADH)。为避免特征变量个数较多对估测模型造成过拟合,利用随机森林算法对提取的遥感因子进行特征选择,将最优的特征变量输入模型参与建模估测。采用支持向量回归(SVR)进行生物量建模及验证,结果显示选入模型的和差直方图均值(sadh_mean)、灰度共生矩阵方差(glcm_var)和差值植被指数(DVI)等遥感因子对森林地上生物量有较好的解释效果;植被指数+纹理因子组合的模型获得较精确的AGB估算结果(R2=0.85,RMSE=42.30 t/ha),单独使用植被指数的模型精度则较低(R~2=0.69,RMSE=61.13 t/ha)。 相似文献
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机载激光雷达(LiDAR)技术的快速发展为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段。笔者在某市电力选线项目中利用机载激光雷达技术,获得高精度点云,根据点云建立三维模型,并通过大量外业采集数据进行精度检核,最后将生成产品导入电力选线软件中,实现了在室内完成电力选线工作。实验表明,在电力选线项目中,利用机载激光雷达技术提高了作业效率,具有广阔的应用前景。 相似文献
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针对偏远地区河流上无水文站点,缺乏河川径流量监测数据的问题,该文以黑河中游地区为例,利用2005—2010年夏、秋两季的Landsat TM/ETM+/OLI影像,提取黑河中游S213桥断面的河水边界及河流宽度,结合已有的断面流量数据,通过建立宽度-流量曲线得到河流流量估测模型,模型估测和实测径流量具有较好的一致性(R2=0.82)。该文同时对河宽提取误差进行精度验证,结果表明提取误差对模型的影响较小(R2在0.81～0.83,绝对误差2%)。为了证明模型的外推性,该文将模型应用于S213桥断面2011—2015年和高崖断面2005—2014年的流量估测,结果表明,两个断面的模拟结果与实测数据均具有较高相关性。综上结果表明,该文的河川径流遥感估算方法具有较好的精度和外推适用性。 相似文献
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针对动态场景下动态目标影响激光雷达同时定位与建图算法(LiDAR SLAM)的精度和成图效果问题，该文提出一种基于惯性测量单元(IMU)辅助的多层次模糊综合评价动态点云剔除方法。通过标定IMU/LiDAR外参统一两类传感器坐标系，再将每帧点云聚类分割为若干点云簇，以此为基础，利用IMU信息辅助建立相邻帧各点云簇间的配对关系，构建点云运动状态多层次模糊综合评价模型，判定各点云簇的运动状态，最终将动态点云簇从原始点云数据中剔除。为验证该文方法的可行性和精确性，设计了动态点云剔除实验，并将剔除动态点云后的点云数据输入激光雷达里程计与建图算法(LOAM)进行定位与建图。实验结果表明，该文方法动态点云的剔除成功率为98.67%,静态点云的误剔除率为2.01%,能够有效地提高点云数据质量。相比基于原始点云数据的LOAM算法，均方根误差降低了66.06%,最大误差降低了72.78%,实现了厘米级精度的定位，并且优化了建图效果。 相似文献
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ICESat-2机载试验点云滤波及植被高度反演 总被引：1，自引：0，他引：1
新一代星载激光雷达卫星ICESat-2将采用多波束微脉冲光子计数技术,并进行高程剖面式的对地观测。由于该点云数据具有背景噪声大、密度低并呈线状分布等特点,传统的点云滤波算法并不适用,研究新的点云滤波算法十分必要。本文以ICESat-2的机载模拟器MABEL数据为例,首先介绍了微脉冲光子计数激光雷达的基本原理和数据特点,并针对高程剖面点云提出基于局部距离统计和最小二乘局部曲线拟合的点云滤波算法;然后,对美国加利福尼亚州Sierras-Forest地区MABEL试验中532 nm通道的光子点云进行滤波处理,并利用识别的地面点插值得到3 m分辨率的线状DEM,进而估算了该区域美国云杉的平均树高;最后,对该滤波算法进行精度评价,并分析了误差来源及其对DEM精度和树高反演精度的影响。结果表明:(1)该算法整体精度达97.6%,能有效剔除绝大部分噪声点且对地形起伏具有较强的自适应能力;(2)误分噪声点影响了滤波过程中局部地形的拟合,而滤波过程中的分类误差将降低DEM和树高反演的精度。 相似文献
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基于机载激光雷达LiDAR(Light Detection and Ranging)数据识别震后建筑物震害,其前提是快速准确地提取建筑物点云。通过分析地震灾区机载激光雷达点云中提取建筑物点云的诸多难点,已有的方法难以达到预期效果,因此提出融合同机航空影像数据的方法,实现了震后灾区建筑物点云的获取。该方法首先在数据预处理的基础上,利用布料模拟滤波CSF(Cloth Simulation Filtering)算法进行点云滤波,得到地面点云和非地面点云(主要是建筑物、植被和车辆行人等),并将航空影像红波段光谱信息赋予非地面点云;然后基于灰度直方图阈值分割的方法剔除植被点;最后对剩余激光脚点利用具有噪声的基于密度的空间聚类DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法进行聚类提取最终的建筑物点,并与参考建筑物点比对,进行精度验证,得到建筑物点云提取的漏检概率、虚警概率分别为15.61%、7.52%,总体精度可达84.39%。结果表明,在一定精度要求范围内,该方法能有效实现地震灾区建筑物点云的提取,可为震后机载LiDAR建筑物点云提取提供技术参考和方法借鉴,为建筑物震害识别做好基础工作。 相似文献
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激光雷达点云密度较大时会导致数据冗余,对点云数据的计算、存储及显示造成困难。本文针对激光雷达地形扫描点云的精简问题,提出了一种多因子分区点云精简方法。首先在改进点云组织方式的基础上,使用变异系数定权法并综合4种传统的点云特征提取因子,得到最终的综合评价因子,以划分特征点与非特征点;然后使用改进的八叉树将所有点依据其位置与数量划分为子集,并根据每个子集的特征点数量确定是否保留其中部分非特征点。该方法可更全面客观地对数据进行特征评估与选择,得到最具代表性的点,实现更高精度的精简。试验显示,多因子分区方法的误差比其他方法低20%～50%,且在整体试验区域精度的均匀性高5%～70%,证明该方法更优越。 相似文献
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结合机载LiDAR数据,提出了一种改进的GLAS光斑点冠层高度地形校正模型,以校正后的GLAS光斑点作为输入样本,结合MODIS遥感影像,利用支持向量回归（SVR）的方法对研究区森林冠层高度进行分生态区估测,并利用野外调查数据和机载LiDAR冠层高度结果对估测结果进行验证。结果显示:研究区的坡度等级直接影响GLAS光斑点森林冠层高度估测精度,改进的地形校正模型可以较好的减小坡度对GLAS光斑点森林冠层高度估测的影响,模型精度RMSE稳定在3.25~3.48 m;不同生态分区的SVR模型估测精度较为稳定,其RMSE=6.41~7.56 m;与算数平均高相比,样地的Lorey's高与制图结果拟合最好,不同生态分区平均估测精度为80.3%。机载LiDAR冠层高度结果的验证平均精度为79.5%,和Lorey's高验证结果呈现较好的一致性。 相似文献
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叶方向(包括叶倾角和方位角)是决定林冠内部及其下层太阳辐射在3维空间分布的重要因素,并进而影响植被的光合作用效率和林冠的二向性反射特性。本文利用地面激光雷达扫描系统(TLS)对一棵人工阔叶树在水平圆形轨道设置等间距6站进行扫描,获取其完整覆盖的3维点云数据。在手动选取78片点云完整叶片数据的基础上,通过重建单点在其邻域内的法向量和所在叶片主轴方向分别得到了叶的倾角和方位角分布,将构成每片叶子的所有点的倾角和方位角各自均值作为其倾角和方位角。通过与利用角度尺和罗盘进行逐叶片手动测量结果对比发现:基于TLS计算的叶倾角和方位角与手动测量结果均具有较强的相关性,R2分别为0.88(N=209,p0.001)和0.97(N=78,p0.001)。本文方法能准确获取林冠元素的3维空间分布,为估算森林冠层在任意给定光照条件下的消光系数提供了理论基础,为促进地面激光雷达在植被冠层3维结构参数,特别是叶面积指数的反演起到了积极作用。 相似文献
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机载激光雷达及高光谱的森林乔木物种多样性遥感监测 总被引：1，自引：0，他引：1
利用机载LiDAR和高光谱数据并结合37个地面调查样本数据,基于结构差异与光谱变异理论,通过相关分析法分别筛选了3个最优林冠结构参数和6个最优光谱指数,在单木尺度上利用自适应C均值模糊聚类算法,在神农架国家自然保护区开展森林乔木物种多样性监测,实现了森林乔木物种多样性的区域成图。研究结果表明,(1)基于结合形态学冠层控制的分水岭算法可以获得较高精度的单木分割结果(R~2=0.88,RMSE=13.17,P0.001);(2)基于LiDAR数据提取的9个结构参数中,95%百分位高度、冠层盖度和植被穿透率为最优结构参数,与Shannon-Wiener指数的相关性达到R~2=0.39—0.42(P0.01);(3)基于机载高光谱数据筛选的16个常用的植被指数中,CRI、OSAVI、Narrow band NDVI、SR、Vogelmann index1、PRI与Shannon-Wiener指数的相关性最高(R~2=0.37—0.45,P0.01);(4)在研究区,利用以30 m×30 m为窗口的自适应模糊C均值聚类算法可预测的最大森林乔木物种数为20,物种丰富度的预测精度为R~2=0.69,RMSE=3.11,Shannon-Wiener指数的预测精度为R~2=0.70,RMSE=0.32。该研究在亚热带森林开展乔木物种多样性监测,是在区域尺度上进行物种多样性成图的重要实践,可有效补充森林生物多样性本底数据的调查手段,有助于实现生物多样性的长期动态监测及科学分析森林物种多样性的现状和变化趋势。 相似文献
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激光雷达作为一种三维测量系统,通过采集的激光测量点(点云)对测量区域实现三维测量覆盖。由于三维测量覆盖的网格密度受测距范围、激光发射频率、扫描角度和扫描频率等因素限制,单通道激光扫描难以完成高网格密度三维点云数据采集。为探索提高激光雷达扫描点云网格密度的有效途径,本文建立了激光雷达双通道扫描系统模型,分析了该模型的双通道三维测量的实现机理,设计了双通道机载激光雷达扫描演示系统。通过对比目标地物的实际扫描试验结果,验证了双通道激光雷达扫描仪的系统可行性和获得更高分辨率、更完整测量区域表面三维点云的能力。 相似文献
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利用MTSAT-2静止气象卫星数据开展了中国区域的雪盖监测研究,结合MODIS雪盖产品及站点雪深观测数据对判识结果进行对比分析和验证。首先,根据MTSAT-2静止气象卫星数据特点,进行角度效应校正及多时相数据合成,以减少云对图像的影响;其次,根据多个雪盖判识因子建立中国区域雪盖判识算法;最后,对比分析2011年1月份MTSAT-2和MODIS雪盖判识结果,并使用站点观测数据进行精度验证。研究表明:(1)MTSAT-2雪盖判识受云影响比例约30%,MODIS雪盖产品受云影响比例约60%,MTSAT-2去云效果明显。(2)无云情况下,MTSAT-2雪盖判识和MODIS雪盖产品判识精度均高于92%;有云覆盖时,MTSAT-2判识精度约65%,优于MODIS雪盖产品35%的判识精度。(3)MTSAT-2静止气象卫星在保持高积雪判识精度的前提下,可以更有效减少云对雪盖判识影响,实时获取更多地表真实信息。该研究对中国区域雪盖信息准确监测、气候变化研究以及防灾减灾等具有重要意义。 相似文献
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无人机遥感与XGBoost的红树林物种分类 总被引：3，自引：0，他引：3
无人机遥感数据会衍生大量的光谱、纹理与结构特征,如何提取优势特征是提高红树林物种分类效率和精度的关键问题。针对深圳福田红树林自然保护区缓冲区获取的无人机高光谱影像和Li DAR点云数据,本研究旨在利用极端梯度提升算法(XGBoost)的"特征重要性"属性筛选出适合红树林物种分类的8类优势特征:基于无人机高光谱影像的单一特征(光谱波段、植被指数和纹理特征:F1—F3)及其融合特征(F4)、基于Li DAR点云的单一特征(高度和强度特征:F5和F6)及其融合特征(F7)、高光谱影像与Li DAR点云的融合特征(F8);基于以上优势特征构建8个XGBoost分类模型。结果表明:综合物种分类精度及其制图结果,基于F8特征的模型分类性能最佳(总体精度为96.41%,莫兰指数为0.5520);基于单一数据源融合特征(总体精度,F4:96.74%;F7:90.64%)的分类性能优于基于单一特征(总体精度,F1—F3:90.31%、92.20%和91.96%;F5和F6:87.66%和81.99%);基于融合特征(F4、F7和F8)和纹理特征(F3)分类图的莫兰指数比基于单一特征(F1、F2、F5和F6)的更大。本文论证了无人机遥感数据和XGBoost方法在基于像元的红树林物种精准分类上具备可行性,可为红树林生态系统健康、保护与恢复的立体监测提供科学依据和技术支撑。 相似文献