多平台点云数据的单木参数提取精度分析

以浙江省海宁市4种代表行道树(广玉兰、无患子、悬铃木、香樟树)为研究对象,结合无人机(UAV)影像和三维激光扫描数据,利用ContextCapture、LiDAR360软件完成点云拼接、滤波、降噪和编辑,通过迭代最近点算法实现点云精细匹配,完成多平台点云数据融合,进而得到数字表面模型与数字高程模型,并制作冠层高度模型;采用分水岭分割算法对不同行道树树种的冠层高度模型进行单木分割,并综合局部最大值法实现单木树高、冠幅的参数提取。结果表明,本文方法进行行道树单木分割的精度高,树高、冠幅参数提取值的效果好,满足行道树几何参数调查要求。     

改进K均值聚类的点云林木胸径提取

针对现有胸径提取精度不够高、自动化程度低等不足,基于地基激光雷达胸径切片点云数据,该文提出了一种改进K均值聚类的林木胸径提取方法.利用约束条件优化初始种子点的选择原则,避免随机种子点选择造成聚类结果陷入局部最优;采用拐点法自适应确定聚类目标类别数目,提高单木胸径点分割的自动化程度;根据点云与类别中心统计参数识别并剔除非目标对象点,通过圆模型参数求解实现胸径值计算.结果 表明:改进后的K均值聚类能快速实现林木胸径点的批量化提取,无须林木数目、样地大小等先验知识,具有自动化程度高、抗噪性强的优势.该研究对地基激光雷达在林业资源调查及生产管理应用具有一定的实际应用参考价值.     

融合LiDAR点云与高分影像的单木检测方法研究

对一种结合高分影像数据和机载LiDAR点云的单木检测方法进行研究,首先采用面向对象分类方法对高分影像上的单木区域进行分割,得到单木区域分割图;再以单木区域为约束,从机载LiDAR激光点云中分离出单木点云,构建局部冠层高度模型(CHM);最后对单木CHM采用分水岭算法探测冠层局部极值,实现对单木中心定位检测.实验结果表明该方法能够充分利用高分影像和激光雷达点云优势,提高了单木定位准确性,具有广泛的应用前景.     

定量结构模型的地面激光雷达单木分割应用

针对传统每木检尺的小班调查因子测量方法耗时长、效率低、人为操作误差大等问题,该文研究了一种定量结构模型(QSM)实现单木的三维重建,并基于地面激光雷达(TLS)所获取的点云数据提取研究区单木的胸径、树高参数.该算法重构了单木的三维模型,且TLS数据所求得的胸径、树高与实测数据具有较好的一致性,提取结果精度较高.本研究采...     

基于机载激光雷达数据的老街基林场样地单木分割方法研究

机载激光雷达技术凭借着对森林冠层的穿透能力,在森林资源调查中显露出无可比拟的优势。针对林业雷达领域中的单木结构参数提取问题,本文基于局部最大值滤波算法和标记控制分水岭分割算法(Marked-Controlled Watered Segmentation, MCWS)提出了一种单木分割方法,并评价该方法在样地尺度上的单木分割效果,分析结果表明样地区域总体分割精度F为0.736;结合实测树高对反演树高进行相关性分析,拟合精度R²为0.907,表明本文方法能够较准确地提取单木树冠信息。     

机载LiDAR数据估算样地和单木尺度森林地上生物量

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。     

地面LiDAR数据模拟及单木LAI反演

地面激光雷达Li DAR可以快速获取高精度、高密度的点云数据,在植被结构参数获取方面的应用越来越广泛。为了定量分析地面激光雷达点云数据获取单木结构参数的能力和精度,本文提出利用光线跟踪结合植被真实结构模拟地面3维激光扫描仪的单木点云数据(以RIEGL VZ-1000为例),并结合间隙率模型反演单木叶面积指数LAI。在点云模拟过程中,充分考虑了脉冲特性,包括光斑大小、波束发射角以及回波探测强度。重点分析了光斑大小和最小探测强度对LAI反演的影响,并采用根河实测单木数据进行了验证。结果表明,光斑大小和最小探测强度的设定对于LAI反演结果存在很大影响,该结论对于提高地面激光雷达点云数据反演植被结构参数精度具有重要意义。     

大兴安岭林区无人机可见光影像散发枯立木识别算法

枯立木识别对森林资源管理,生物多样性保护,以及森林碳储量变化评估具有重要价值。无人机高分辨率影像为枯立木调查提供了较为便捷的方式。现有枯立木识别算法多依靠拥有红边、近红外波段的多光谱影像来实现。相比于多光谱相机,消费级无人机通常搭载的是用于获取可见光(RGB)影像的普通数码相机,较少的波段信息为基于RGB影像的枯立木自动化精准识别带来很大的挑战。现有利用无人机可见光影像进行枯立木高精度识别多依赖于人工目视解译,自动化识别程度较低,且缺乏单木尺度的研究;此外,现有研究多集中在强扰动(如病虫害)引起的群发枯立木上,而对森林自然演替过程中产生的散发枯立木关注较少。为此,本研究提出了利用无人机可见光影像进行单木尺度的散发枯立木高精度自动化识别算法。在已有单木分割算法的基础上,发展了基于红绿波段比值(RGI)和蓝绿波段比值(BGI)光谱指数迭代统计分析的枯立木树冠自动化检测算法,提出了基于数字表面模型纹理特征的森林掩膜自动提取方法,实现了单木尺度的散发枯立木自动识别。经过实地调查和目视解译的枯立木参考数据的验证,结果表明枯立木查全率和精确率均接近95%,单木树冠分割结果中的欠分割和错分割是枯立木识别误差的主要来源,提高单木树冠提取精度是进一步完善单木尺度枯立木识别的关键。     

无人机载激光雷达在地质环境调查中的应用

通过无人机载激光雷达对宁东煤炭基地马莲台煤矿地表塌陷区进行扫描测绘,获取到了高时间分辨率、高空间分辨率和测量精度均匀的地表点云数据,并对点云数据进行了处理和三维建模;同时对项目区布设的检测点进行水准联测,与无人机载激光雷达所测的点云数据进行对比分析,对无人机载激光雷达的精度有了进一步了解。此次项目总结了无人机载激光雷达的工作流程和数据处理方法,对无人机载激光雷达的推广应用起到了积极的示范指导作用。     

定标器表面点云的格网构建分割方法

机载激光雷达安置角偏差对测量结果影响较大。针对安置角偏差标定中的同名点获取问题,设计了一种金字塔形状的定标器和提取定标器顶点的算法流程。对算法流程中的点云分割问题,结合定标器模型参数和格网法向量,提出了一种基于格网构建的分割方法。对实验数据进行处理,得到了很好的点云分割效果。     

基于SLICO的无人机影像建筑物对象提取

提出一种基于超像素分割算法与随机森林算法的无人机影像建筑物提取,利用INPHO软件生成正射影像和点云数据,并用点云数据进行反距离插值运算和波段运算生成归一化数字模型(nDSM)影像。将正射影像与nDSM影像进行波段合成并仅对正射影像采用基于SLICO算法分割生成超像素,选择相应的特征利用随机森林分类器进行分类,从而得到建筑物的提取结果。研究结果表明密集的影像匹配点云生成的nDSM影像进行建筑物提取时,可有效地对农村区域和城市区域的建筑物进行提取,同时避免了面向对象方法中最佳分割尺度难以选择的问题,取得了较好的建筑物提取效果,降低了建筑物提取的成本。     

基于机载激光雷达点云数据提取林木参数方法研究

本文通过黑河流域遥感—地面观测同步试验,获取林木参数,对机载激光雷达与实地观测获取的林木参数进行对比分析,论证了本文提出的基于机载激光雷达点云数据提取林木参数的算法是可行的。试验通过机载激光雷达点云数据,研究由点云数据生成冠层高度模型(CHM),提出从CHM中提取单株木参数(树高、冠幅等)的关键算法;同时,通过在试验区布设1个100m×100m超级样地和16个25m×25m的子样地,利用DGPS和全站仪对单株木进行精确定位与树木参数测量。     

ICESat-2机载实验光子云数据自适应去噪及分类算法

第二代星载激光雷达冰、云和陆地测高卫星ICESat-2（The Ice， Cloud， and Land Elevation Satellite-2）搭载了先进光子计数式激光雷达，使用了全新的微脉冲多波束光子计数式激光雷达。由于光子计数式激光雷达的自身特点，其光子云数据具有受噪声光子影响大、信噪比与扫描时间相关、光子分布密度不均匀等问题，目前开发的去噪算法并不能很好的应用于不同的光子云数据。基于以上问题，本文提出一种改进的去噪算法，首先分析光子云内部特征并自适应选择最优参数进行粗去噪，然后进行两次精去噪，最后对光子云进行分类并拟合出地面线及冠层顶线，为提取森林冠层高度提供基础。使用该算法对MABEL数据进行去噪实验，实验结果表明：该去噪算法的一次去噪对不同环境下MABEL数据在夜间的去噪平均精确度为94.5%，F1-score为96.3%，日间平均精确度为86.7%，F1-score为91.7%，且三次去噪算法完成后能够显著提升光子云去噪精度。实验证明该算法对MABEL光子云数据具有较好去噪效果和稳定性，可为ICESat-2数据处理提供参考。本文的光子分类算法能够从光子数据中提取冠层顶点、地面点及林内光子并在此算法中进一步精确去除剩余噪点，最终光子分类结果显示该算法能够从复杂光子云数据中提取森林剖面结构。     

激光雷达点云与摄影测量点云——检测防洪工程的点云技术

机载Lidar和摄影测量可以通过捕获点云对人造复杂结构进行3D建模。虽然两种方法都能获取到点云数据,但由于采集数据的方式有多方面的不同,导致两种点云具有不同的特征。在本文中,作者就对防洪工程的检测实验,评估了在无人机载条件下激光雷达和摄影测量采集的两种点云数据。     

电力巡线LiDAR点云电塔自动定位和提取算法

针对电力巡线机载激光雷达（LiDAR）激光点云电塔自动提取问题，提出了一种电塔自动定位和点云提取算法。首先，基于点云进行二维空间网格划分，利用网格点云高程偏差和方差特征提取潜在电塔网格；其次，基于电塔点云的高程连续特性完成电塔自动定位和点云粗提取；然后，利用点云分层密度信息和图像开运算，实现电塔精细提取；最后，利用轻小型无人机载激光雷达数据验证本文算法的有效性。试验结果表明，本文所提出的自动提取算法，能够有效解决LiDAR数据中电塔自动定位和点云提取问题，在LiDAR数据质量较差时仍能够取得良好效果，算法对于噪点数据具有较强的稳健性。本文所提出的电塔自动提取算法在LiDAR电力巡检数据处理中具有一定的应用价值。     

基于林火特征分类模型的森林火情等级制图

森林中可燃物的分布状况是影响林火产生、扩散的重要因素之一,本研究的目的是结合森林资源调查数据、激光雷达(light laser detection and ranging,LiDAR)点云数据、地形和气象因子共同驱动的可燃物特征分类系统(fuel characteristic classification system,FCCS)模型来实现森林火险等级预测。以云南省普洱市为研究区,首先,利用机载LiDAR数据生产的树冠高度模型进行面向对象分割,与森林资源二类清查数据叠加分析确定分割单元,并根据可燃物的可燃性将研究区内的可燃物分为针叶林、阔叶林、竹林和灌木林等4种类型,在此基础上采用分层随机抽样形成验证数据集;然后,提取LiDAR变量因子,采用多元逐步回归法反演不同可燃物的森林参数;最后,将森林参数连同气象和地形因子作为FCCS模型的输入,完成各个分割单元的火情等级评价,实现该地区潜在火行为、树冠火、有效可燃物和综合火灾险情的制图。研究结果表明,研究区有效可燃物火险等级比较低,符合研究区的实际情况;森林垂直结构与森林火险等级关系密切,森林参数的准确估测对整个可燃物的制图具有非常重要的作用。     

车载LiDAR点云数据分割与半自动化建模方法

针对车载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)点云数据的不完整性问题,提出一种车载LiDAR点云数据分割以及基于分割后点云数据的半自动化建模方法。首先对点云数据进行标准格式转换及稀化;然后以不同地物的属性和几何特征为分割条件,分别建立道路、建筑物、树和路灯等附属设施的三维模型,并利用车载以及航空图像的纹理信息辅助建筑物的立面和顶面三维建模;最后以真实街景为实验区,基于拓普康IP-S2车载LiDAR点云数据,完成该街景的分割与建模。实验结果表明,该文提出的点云数据分割与街景地物重建方法比较简单,可实现道路和建筑物的半自动化分割;利用成熟的建模软件和方法,实现了建模的完整性和较强的可靠性。     

依托航空模拟平台的激光雷达技术课程实践教学装备

为了能更好地理解激光雷达技术工作原理与三维信息采集全过程,规避现有激光雷达技术,尤其是机载激光雷达,在实践教学中受场地限制的不利条件,本文依托于中国矿业大学(北京)沙河校区的航空模拟平台,自主研发了一套基于单线激光雷达与行程测距仪集成的三维激光扫描装备,阐述了该装备集成的数学原理,设计了三维数据采集实践教学方法,并进行了三维数据采集的实践体验与数据质量评价。结果表明,该装备采集三维点云的精度优于99%,可为激光雷达技术的实践教学、创新训练及本科毕业设计等环节提供有效的硬件支撑,并可在仓储方量核算等工程应用方面进行推广。     

机载激光雷达测量检校场布设及检校精度探讨

采用机载激光雷达测量系统对检校场进行点云获取,融合基站数据进行飞行轨迹处理,然后运用区域网提取及最小二乘平面拟合算法进行点云平面提取及拟合,进而改正机载激光雷达测量系统偏心角误差,并采用模拟数据说明该算法的可行性。     

采用聚类分析的车载点云地物分类

针对车载激光雷达点云初始聚类中心难以确定的问题,该文提出了一种基于最大网格密度的近邻聚类算法对点云实现分割,并以高程、法向量和投影密度作为约束条件对分割后的点云块进行地物的分类识别。通过对车载激光雷达的部分点云数据进行相关试验,结果表明该方法可以精确有效地实现城市典型地物分类。