第7期
刘 清 旺 等 : 无 人 机 激 光 雷 达 与 摄 影 测量 林业 应用 研究 进 展
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be improved using high precision GNSS ，stabilized platform ，etc． Individual tree segmentation algorithms were generally used to extract structure information of individual trees ，such as tree tops ，crown edges ，locations of trees ，etc． ，from point cloud of LiDAR or photogrammetry reconstruction． The structure features of individual trees can also be recognized from projected voxel space or canopy height model ( CHM ) generated from point cloud． Forest stand structure information were usually estimated by height profile algorithms from point cloud or synthetic waveform． The point cloud can be directly used to calculate features ，such as height percentile ，echo index ，etc． ，or generate synthetic waveforms based frequency or intensity of echoes at specified bin of height． The waveform features ，such as percentile ，leading edge ，trailing edge ， etc． ，can be extracted from synthetic waveforms． The estimation values of forest structure parameters were obtained based on the relationship between field measurements and the features of point cloud or waveforms． The terrain under forest canopy can be detected from point cloud of LiDAR or photogrammetry reconstruction． The accuracy of terrain from photogrammetry reconstruction was similar to that from LiDAR in low canopy closure area ，but lower than that from LiDAR in high canopy closure area． Multitemporal measurements of UAV-based LiDAR and photogrammetry can be used to monitor forest structure change caused by manual pruning ，selective cutting ，forest fire ，disease and pest damage ，etc． ， and phenological change ，such as brunches and leaves growing ，leaves falling ，etc． The estimation accuracy of forest structure parameters extracted using UAV-based LiDAR and photogrammetry were affected by acquisition patterns ，data processing algorithms ， forest growing season ， terrain ， etc． The art of state repertoire hasn ’t been suitable to wide utilization in forestry． The UAV flying should follow the constrains of national / local laws and regulations ，which has been managed according to some conditions ，such as empty weight ，max take-off weight ，etc． ，in China． In the future ，UAV data acquisition and processing system will be more intelligent ，miniaturized ，low-cost ，and better serve the needs of forestry applications． Key words : cloud ; forest unmanned aerial vehicle ( UAV ) ; light detection and ranging ( LiDAR ) ; photogrammetry ; point
摘 要:
李世明1
李增元1
符利勇1
2 胡凯龙1， 北 京 100083 )
( 1. 中 国林业科学研究 院 资 源 信息 研究 所
北 京 100091 ; 2. 中 国 矿 业大学 地 球科学 与 测 绘 工程 学 院
森 林 空 间结 构 及 动 态 变化 规律 对 森 林 经 营 管 理 、 生 态环 境建 模 等 具 有 重 要 意义 ， 无人机激光雷达与摄影
测量 能 够 获 取 丰 富 的 森 林 空 间结 构和 类 型 信息 ， 在单木、 林分尺度森林环境长时间序列监测方面具有无可比拟的 优势 。 无 人 机 激 光 雷 达 系 统 一 般 搭 载 多 回 波 / 全 波 形 激 光 扫 描 仪 ， 配备高精度全球导航卫星系统 ＆ 惯性测量单元 ( GNSS ＆ IMU ) 等 传 感器 ， 以保 证 激 光 脉 冲 回 波 信 号 的 几 何 定 位 精 度。 无 人 机 摄 影 测 量 系 统 通 常 搭 载 可 见 光 ( RGB ) / 多光 谱 相 机 ， 配 备 低 精 度 GNSS ＆ IMU ， 通 过 高重 叠 率 航 片 的 三 维 重 建 算 法 自 动 解 算 航 片 内 外 方 位 元 素 ， 生 成具 有相 对 参 考 坐 标 的 图 像 及点 云 ， 采 用 地 面 控 制 点 ( GCPs ) 、 参 考 影 像 等 方 式 进 行 几 何 精 校 正， 对于连续覆盖的 森林区域， 使 用 高 精 度 GNSS 、 稳 定 平 台 等 可以提 高 图 像 匹 配 精 度 。 通 过 单 木 分 割 法 可 以 提 取 单 木 结 构 信 息 ， 从激 光 雷 达 点 云 或 摄 影 测量 重 建 点 云 中 识 别树 冠 顶 点 、 树冠边界、 位置 等 属 性 ， 也 可以 将 点 云 投 影 到 体 元 空 间 或 者 生 成 冠 层 高 度 模 型 ( CHM ) ， 在 此 基 础 上 识 别 单 木 特征 。林分 结 构 信 息 提 取 常 采 用 高 度 分 布 法 ， 从点云中直接计算高度 分位数、 回 波 指 数 等 点 云 特征 量 ， 或 者 按 照指 定 的高 度间 隔 生成 频 率 或 强度 合 成 波 形 ， 计算波形分位数、 波形前沿、 波 形 后 沿 等 波 形 特征 量 ， 根 据 点 云 特征 量 、 波 形 特征 量 与 地 面 测 量 值 之 间 的 关 系 估 测 森 林 结 构 参 数 。 激 光 雷 达 点 云 和 摄 影 测量 重 建 点 云 均 能 用于提 取 林 下 地形 ， 对于 低 郁 闭 度 区 域 二 者 相 差 不 大， 对于高郁闭度区域摄影测量重 建 点 云 提 取 的林 下 地形精 度较低 。 多 时相 无 人 机 激 光 雷 达 和 摄 影 测 量 相 结 合 ， 可 以 监 测 人 工 修 枝、 择 伐、 火 灾、 病 虫 害 等 引 起 的 森 林 结 构 变化 以 及 枝 叶生 长 、 落 叶 等 物 候 变化 。 无 人 机 激 光 雷 达 与 摄 影 测 量 提 取 的 森 林 结 构 参 数 精 度受采集方式、 数 据 处理 算 法 、 森林生长季节、 地形 等 因 素 影 响 ， 尚 未 形 成 适 合 林 业 推 广 应 用 的 成 熟 技 术 体 系。无 人 机 系 统 飞 行应 当遵 照 国家 / 当 地 法 律 法 规 以 及 相 关 规 定 条 款 的 约 束 ， 我国按照空机质量、 起飞全重等指标对无人 机 进行 分 类 管 理 。 未 来无 人 机数 据 获 取 与 处 理 系 统 将 更 加 智 能 化、 微 型 化、 低 成 本 化， 更好地满足林业应用业务 需求。 关键词 : 无 人 机 ; 激 光 雷 达 ; 摄 影 测量 ; 点 云 ; 森 林 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488 ( 2017 ) 07 － 0134 － 15
Beijing 100091 ; Beijing 100083 )
2 ． College of Geo-Science and Surveying Engineering ， China University of Mining ＆ Technology
Abstract :
Forest spatial structure and dynamics pattern are crucial to forest management and ecological modelling．