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利用背包式移动激光扫描精确推导树干曲线与材积

DOI:10.1016/j.isprsjprs.2020.01.018 期刊:ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 出版年份:2020 更新时间:2025-09-23 15:19:57
摘要: 森林资源调查依赖野外样地测量,但人工测量方式成本高且耗时。因此需要实现样地级野外数据的自动化采集。目前移动激光扫描技术尚未能以足够精度从立木中获取树干曲线和材积数据以满足林业调查需求。我们测试了一种新方法:基于脉冲式背包移动激光扫描仪(Riegl VUX-1HA)结合自主研发的SLAM(同步定位与建图)系统,以及创新的后处理算法链,可从对应单株立木的扫描线弧段中提取树干曲线。后处理步骤包括扫描线弧段提取算法、树干倾斜角校正算法,以及用于修正SLAM算法处理后仍存在的树干点云漂移的弧段匹配算法。通过利用检测到的弧段定义的树干曲线和脉冲扫描仪提供的树高数据,我们计算了易采伐(n=40)和中度采伐(n=37)北方森林中立木材积。在易采伐和中等采伐样地中,松树和桦树的树干检测准确率达100%。提取的树干曲线总均方根误差分别为1.2厘米(5.1%)和1.7厘米(6.7%),估算树高误差为1.8米(8.7%)和1.1米(4.9%),树干材积误差分别为9.7%和10.9%。该处理链提供的材积估算精度优于现有移动激光扫描数据方法,且在相似林分条件下与地面激光扫描精度相当。通过与芬兰标准异速生长材积模型对比验证,本方法在两个测试点的材积估算更为准确。这些发现为未来基于单木的机载激光扫描调查奠定了重要基础——当前该技术缺乏经济高效的精准野外参考数据采集手段。由树干曲线定义的树木几何参数也是获取树木质量相关信息的重要输入参数,单木参考信息效率与质量的提升将优化森林经营管理决策。
作者: Eric Hyypp?,Antero Kukko,Risto Kaijaluoto,Joanne C. White,Michael A. Wulder,Jiri Py?r?l?,Xinlian Liang,Xiaowei Yu,Yunsheng Wang,Harri Kaartinen,Juho-Pekka Virtanen,Juha Hyypp?
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研究概述 实验方案 设备清单

介绍一种利用移动背包激光扫描数据进行树干曲线和材积估算的方法,其精度足以满足野外调查参考数据采集的作业要求。

所提出的方法能够提取树干体积,其精度远超先前使用移动激光扫描(MLS)数据所报道的结果,且与在类似森林条件下使用地面激光扫描(TLS)估算树干体积的精度相当。这些发现是未来基于单木的机载激光雷达(ALS)调查的重要进展。

该研究聚焦于松树和桦树,由于遮挡问题,该方法对云杉等其他树种可能效果不佳。在更复杂的森林环境中,该方法的性能仍需进一步改进。

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