基于无人机LiDAR的杉木树冠上部外轮廓模拟与可视化研究

编号 zgly0001734284

文献类型 期刊论文

文献题名 基于无人机LiDAR的杉木树冠上部外轮廓模拟与可视化研究

作者 徐志扬  刘浩栋  陈永富  陈巧  李华玉  王娟 

作者单位 中国林业科学研究院资源信息研究所  国家林业和草原局华东调查规划设计院  西南林业大学林学院 

母体文献 林业科学研究 

年卷期 2021,34(4)

页码 40-48

年份 2021 

分类号 S771 

关键词 无人机激光雷达  单木分割  分层切片  树冠上部外轮廓模拟  可视化  树种识别 

文摘内容 [目的]基于无人机激光雷达(LiDAR)点云数据提取杉木树冠上部结构参数(树冠顶点、树高、冠幅和上部冠长),并进行树冠上部外轮廓模拟与可视化,为树种识别提供树木冠形特征。[方法]利用LASTools开源工具从激光雷达点云数据生成无孔洞的冠层高度模型,使用LiDAR360软件,采用局部最大值法检测树冠顶点,基于CHM种子点对点云进行单木分割,并在ArcGIS下手动选取杉木单株点云样本,用Python编程对“欠分割”样本进行单木纯化(之后全部编程方式自动化处理);提取纯化后单株样本的树冠上部结构参数(树冠顶点、树高、冠幅和上部冠长),再对单木点云按照一定高度间隔进行分层切片,使用宽度百分位数法提取单木树冠上部的相对着枝深度、枝条长度作为模型变量,以相对着枝深度分层分别建模与验证样本按照3倍标准差法剔除异常外轮廓点,选取二次多项式、幂函数和指数函数3个基础模型进行模型拟合与验证,最后采用最优拟合模型进行样地尺度的三维可视化。[结果]无人机激光雷达综合单木检测率为79.63%,结合实测参数与提取结果进行相关分析,树高线性回归R^(2)为0.8905,冠幅线性回归R^(2)为0.8456;二次抛物线、幂函数和对数函数拟合R^(2)分别为0.8070、0.8170、0.8060,幂函数对杉木树冠上部外轮廓的拟合效果更优。[结论]在高林分密度条件下,单木点云的有效提取纯化对客观描绘树冠形状非常重要;基于无人机激光雷达拟合的杉木树冠上部外轮廓反映了杉木的树冠上部形态,可为杉木的树种识别提供参考。