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告別危險作業,激光雷達讓森林資源調查更安全高效

  • 分類(lei):新聞資訊
  • 作者(zhe):海達數云
  • 發布時間:2021-12-15 10:24
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【概要描述(shu)】激(ji)(ji)光雷達技術有著區別(bie)于傳統光學遙感嚴重依賴太陽等外部光源的特點,它通過(guo)自身(shen)主(zhu)動發射激(ji)(ji)光束探(tan)測(ce)目(mu)標(biao)而擁有全天候(hou)作業的能力。目(mu)前,對于大面積森(sen)林(lin)資源調查監測(ce),主(zhu)要(yao)以機(ji)載(zai)激(ji)(ji)光雷達形式為主(zhu),輔以地面和SLAM型三維(wei)激(ji)(ji)光掃(sao)描(miao)儀(yi)。

告別危險作業,激光雷達讓森林資源調查更安全高效

【概要描述】激光(guang)(guang)雷達技術有著區別于傳統光(guang)(guang)學(xue)遙(yao)感嚴重依(yi)賴太陽等外部光(guang)(guang)源的特點(dian),它通過自(zi)身(shen)主動發(fa)射激光(guang)(guang)束(shu)探測目標(biao)而(er)擁(yong)有全(quan)天候作業的能力。目前,對于大面積森林(lin)資源調查監測,主要以(yi)機載激光(guang)(guang)雷達形式為主,輔以(yi)地面和SLAM型三維激光(guang)(guang)掃描(miao)儀。

  • 分類:新聞資訊
  • 作者:海達數云
  • 發布時間(jian):2021-12-15 10:24
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應用背景

  森(sen)林資源調查作為掌握(wo)森(sen)林資源現狀和發(fa)展變化(hua)的主要手段(duan),對(dui)可持續森(sen)林資源的經(jing)營管理與保護具(ju)有重(zhong)要意義。

  傳統的森(sen)林(lin)調查(cha)技術較為落后(hou)和粗放(fang),調查(cha)人員需要深入森(sen)林(lin)腹地,勞動(dong)強度高并伴隨著不(bu)可預(yu)見的危(wei)險性。森(sen)林(lin)參數獲(huo)取(qu)依賴(lai)外(wai)(wai)業人員野外(wai)(wai)抽樣實地測量,所用手段僅限于手持(chi)式測高儀、胸徑(jing)尺、卷(juan)尺等較為原始的測量儀器,不(bu)僅費(fei)時費(fei)力而且只能獲(huo)取(qu)到(dao)小(xiao)范圍林(lin)區信息(xi),調查(cha)范圍不(bu)全(quan)面(mian)。

  遙感技術的飛速發展(zhan)為實(shi)現高(gao)效和大(da)面積森林(lin)(lin)資源(yuan)調查帶來希(xi)望,但受制(zhi)于光學遙感影像無法“穿透”林(lin)(lin)冠而獲取(qu)森林(lin)(lin)垂(chui)直結構信(xin)息的現實(shi),能夠得到的有效林(lin)(lin)分參數有限(xian)。

應用方向

  激光雷達技術有著區別于(yu)傳統光學遙感(gan)嚴(yan)重依賴太(tai)陽等(deng)外部光源的(de)特點,它通過(guo)(guo)自身主動發射激光束探測目(mu)標而擁有全天(tian)候作業的(de)能力(li)。有了多(duo)回波技術的(de)加持,激光雷達發射的(de)脈(mo)沖激光束可透過(guo)(guo)林間隙(xi)抵達林木樹干甚至于(yu)地面,獲取(qu)(qu)其(qi)三維(wei)點云數(shu)據,從而完整(zheng)地得到森林垂直(zhi)結構信息,最終實現樹高、胸(xiong)徑(jing)、蓄積量等(deng)林木參數(shu)信息的(de)提取(qu)(qu)。

  目前,對于大面積森林資源調查監測,主要以機載激光雷達形式為主,輔以地面和SLAM型三維激光掃描儀。激光雷達技術主要應用于株數、樹高、胸徑、郁閉度等基礎林分參數的提取以及林分蓄積量的估算。

  01、林分株數

  株數(shu)即給定區域(yu)內林(lin)木的數(shu)量信息(xi)(xi),是描述(shu)林(lin)分密度(du)的重要(yao)指標(biao)。株數(shu)提(ti)取算法(fa)為(wei)基于(yu)點云數(shu)據生產的冠層高度(du)模型(CHM)進(jin)行局域(yu)極大值探測。經過對CHM進(jin)行遍歷(li)得到窗口內的最(zui)大值,就可得到樹冠頂(ding)點,從(cong)而得到株數(shu)信息(xi)(xi)。

  CHM立體示(shi)意圖

基(ji)于(yu)CHM提取(qu)林木株(zhu)數(shu)示(shi)意圖

  02、林分樹高

  林(lin)分樹高在反映(ying)樹木(mu)生長狀(zhuang)態的(de)同(tong)時,也是估算森林(lin)蓄積量的(de)一(yi)個重(zhong)要參數。激(ji)光雷達技術不僅(jin)能夠獲取(qu)林(lin)區冠(guan)層點云,也可以(yi)獲得(de)林(lin)冠(guan)下的(de)地形點云。基于(yu)二者處(chu)理得(de)到的(de)CHM,利用樹冠(guan)頂點即(ji)可提(ti)取(qu)得(de)到單木(mu)樹高參數。

  基于CHM提(ti)取林分(fen)樹(shu)高示意(yi)圖

  03、林木(mu)胸徑

  林木胸徑是評價林木生長狀況的重(zhong)要參(can)數之一。

  人工測量方(fang)法為使用胸(xiong)(xiong)徑尺量取距離樹木(mu)根部1.3m處(chu)(chu)的樹木(mu)直(zhi)徑作為胸(xiong)(xiong)徑參數。基于地面或(huo)SLAM型(xing)激光雷達點(dian)云(yun)數據提取樹木(mu)胸(xiong)(xiong)徑信息的方(fang)法為Hough擬(ni)(ni)合(he)圓(yuan)法,該法具體操作為對樹木(mu)進(jin)(jin)行單木(mu)點(dian)云(yun)分割,在此基礎上(shang)截(jie)取1.3m胸(xiong)(xiong)徑高處(chu)(chu)的點(dian)云(yun)數據生(sheng)成對應的二維(wei)柵格圖像(xiang),隨后以(yi)Hough變換擬(ni)(ni)合(he)圓(yuan)算法進(jin)(jin)行圓(yuan)形(xing)擬(ni)(ni)合(he),得到的圓(yuan)形(xing)直(zhi)徑可視為樹木(mu)胸(xiong)(xiong)徑。

  截取(qu)1.3m處胸徑高處點(dian)云(yun)數(shu)據示意(yi)圖

  基于圓形(xing)擬合獲得胸徑參數原理示意圖

  04、林(lin)分郁(yu)閉度(du)

  郁(yu)閉度(du)是林木(mu)生長狀況的(de)(de)宏觀反映,是決定采伐強(qiang)度(du)的(de)(de)關鍵(jian)性因素。郁(yu)閉度(du)是林木(mu)冠幅投影與(yu)林地面(mian)積的(de)(de)百分比(bi)。

  傳統遙感手段需采用(yong)復雜的(de)(de)(de)圖像處理算法(fa)對正(zheng)射影(ying)像(DOM)進行林(lin)木冠幅(fu)分割,之后統計冠幅(fu)與林(lin)地面積的(de)(de)(de)比(bi)值計算郁閉度。基于多回(hui)波技術(shu)的(de)(de)(de)激光雷達(da)則通過直接(jie)統計首次(ci)回(hui)波的(de)(de)(de)植被點(dian)數(shu)(shu)與首次(ci)回(hui)波總點(dian)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)比(bi)值得到郁閉度,簡單且高(gao)效。

  基于多回波技術(shu)提取林分(fen)郁閉度示意圖

激光雷達優(you)勢

  激光雷達在(zai)森林資(zi)源調查與監測中優勢明顯:

  01、作業效率高,滿足大面積森林資源調查之需求

  以海達數云機載激光雷達智喙PM-1500為例,其擁有四次回波,高達200萬點/秒的掃描速度,可有效獲取樹枝、樹干、地表等全面的三維信息,以便于精確地提取林分參數。此外,得益于1500米長測距,不僅無懼高落差的山地地形,單次作業覆蓋面積大,調查作業效率也得到極大的提高。

  02、人工干預少,人員安全

  智喙PM-1500機載(zai)激(ji)光(guang)雷達作業半徑可達30km,在航線規劃(hua)完畢后無(wu)需人工干預(yu)即可自(zi)動執行任(ren)務。作業人員無(wu)須深入林區,從(cong)而確保(bao)人員調查安全(quan),避(bi)免意(yi)外(wai)情況(kuang)發生。

  03、森林資源調查的成果種類豐富

  除了常規遙感手段能(neng)夠(gou)獲取的林分(fen)(fen)數(shu)(shu)量(liang)、冠幅、郁(yu)閉度等(deng)常規參(can)數(shu)(shu)外(wai),激光雷達技術還可進行樹(shu)高、胸徑參(can)數(shu)(shu)的直接(jie)獲取以及林分(fen)(fen)蓄積量(liang)等(deng)的精(jing)準估算,為森林資源調查提供更加準確而(er)全(quan)面的參(can)數(shu)(shu)信(xin)息。

  04、數據客觀準確,具有可回溯性

  人工依賴現場抽樣調(diao)查,調(diao)查范圍(wei)、對象的選取往往具有隨機性和(he)主觀性且調(diao)查活動(dong)只能進(jin)行一次,不具備可回溯性,這就可能導致調(diao)查結果的客(ke)觀性和(he)準(zhun)確性難(nan)以得(de)到保障。

  基于(yu)激光雷達技(ji)術,一方面可得到(dao)覆(fu)蓋整個范圍的林(lin)木點云數據(ju),另一方面可基于(yu)點云數據(ju)處理算法實現范圍內整體(ti)林(lin)分參數的自(zi)動化提取。

  此外(wai),通過機(ji)載、地面、SLAM等(deng)多源激光雷達數(shu)據的融合處(chu)理甚至能(neng)夠滿足要求更加詳細的單木級林(lin)分參數(shu)提取。激光雷達技術提取林(lin)分參數(shu)具有無(wu)可比擬的客觀(guan)性(xing)和(he)有效性(xing)。

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