航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法技术

本发明专利技术公开了一种航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法，属于CHM树高估算精度验证技术领域。本发明专利技术利用空间分析法和统计分析策略，通过采集所划分的每个样地的地面森林调查数据以及每个样地内的每株林木的CHM树高数据，根据地面森林调查样地数据和CHM树高数据，建立每个样地的双样本对集合；去除每个样地的双样本对集合中的粗差样本；依据去粗差后的双样本对集合，分析、统计对应的样地的各林种的树高误差分布情况，并根据经分析、统计得到的CHM树高和地面观测树高的偏差实现了对样地内的每个林种的CHM树高估算精度的验证，并检验了地面森林调查样地的地面观测树高数据与CHM树高数据的局部一致性。数据与CHM树高数据的局部一致性。数据与CHM树高数据的局部一致性。

【技术实现步骤摘要】
航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法


[0001]本专利技术涉及CHM树高估算精度验证
，具体涉及一种航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法。

技术介绍

[0002]树高是森林资源调查与监测的重要因子，获取准确的树高数据，可以更好地了解林木生长状况，制定科学的森林经营方案，促进森林生态经济效益的有效发挥。
[0003]由航空激光雷达生成的树高产品通常被称为森林冠层高度产品（Canopy Height Model，简称“CHM”），由林冠表面高度（Canopy Surface Model，CSM）和林下地形高度（Digital Terrain Model，DTM）的差值得到。一方面，由于地形高低起伏，树冠纵横交错，山地林区观测场景复杂多样，CHM的准确性和精度受冠层表层和林下地形高度双重限制，获取高质量的CHM树高数据是一项具有挑战性的工作。另一方面，激光雷达信号（能量大小、光斑大小、观测几何条件等）与森林非刚体“软”目标复杂的耦合相互作用条件、数据处理流程的技术差异，也会引起观测树高的不同。因此，CHM的准确性及其精度指标在测区空间分布上具有很大的不确定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术以验证航空激光雷达对山地林区的CHM树高估算精度为目的，提供了一种航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：提供一种航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法，包括：步骤S1，采集所划分的每个样地的地面森林调查数据以及每个所述样地内的每株林木的CHM树高数据，所述地面森林调查数据包括样地中心定位数据、所述样地内每株林木的定位数据以及地面观测树高数据；步骤S2，根据所述地面森林调查数据和所述CHM树高数据，建立每个所述样地的双样本对集合；步骤S3，去除每个所述样地的所述双样本对集合中的粗差样本；步骤S4，依据步骤S3取得的去除粗差后的所述双样本对集合，分析、统计对应的所述样地的各林种树度误差分布情况；并根据经分析、统计得到的CHM树高和地面观测树高的偏差实现对所述样地内的每个林种的CHM树高估算精度的验证。
[0006]作为本专利技术的一种优选方案，步骤S2中，建立所述样地的所述双样本对集合的方法包括：步骤L1，为所述样地中的每株林木指定树冠范围；步骤L2，针对所述样地，建立林冠互不重叠且具有优势高度的优势林木集合；步骤L3，获取所述优势林木集合中的每株林木的林冠范围内的CHM值，并将每株林木的林冠范围内的CHM最大值与其对应的地面观测树高形成为所关联的林木的双样本对，
关联每株林木的所述双样本对集合在一起形成为双样本对集合。
[0007]作为本专利技术的一种优选方案，步骤L1中，为所述样地中的每株林木指定树冠大小的方法为：以每株林木的定位点为圆心，以长度a为半径作圆，所作的面状圆形区域作为该株林木的树冠范围。
[0008]作为本专利技术的一种优选方案，步骤L2中，建立所述样地的所述优势林木集合的方法包括：步骤A1，依据地面观测树高由高到低对所述样地中的每株林木进行排序标号，排序标号后的归属于同个所述样地的各林木构成筛选集合；步骤A2，依据排序从所述筛选集合中选取最高林木标记为具有优势高度的优势林木，并以所述优势林木的定位坐标为圆心、长度b为半径作圆，并搜索以所述优势林木的定位坐标为圆心，b为半径的圆形区域内的其他林木并标记为与所述优势林木的林冠空间相交；步骤A3，将步骤A2中选取出的所述优势林木加入到所述优势林木集合中，并剔除标记为与所述优势林木的林冠空间相交的各林木；步骤A4，重复步骤A2
‑
A3，直至所述筛选集合中的林木数量为0，得到最终的所述优势林木集合。
[0009]作为本专利技术的一种优选方案，a=2m。
[0010]作为本专利技术的一种优选方案，b=2a。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案，步骤S3中，去除所述双样本对集合中的所述粗差样本的方法包括：步骤M1，计算所述双样本对集合中的每个双样本对中的地面观测树高与CHM树高的差值；步骤M2，计算归属于同个所述双样本对集合的各所述双样本对对应的所述差值的均值μ和标准差σ；步骤M3，以μ+2σ、μ
−
2σ分别为所述差值的上限和下限，将所述双样本对集合中所述差值不在[μ
−
2σ,μ+2σ]范围内的所述双样本对作为所述粗差样本予以去除；步骤M4，重复步骤M1
‑
M3，对去除粗差样本后的所述双样本对集合进行二次去粗差，直至去除所述双样本对集合中的全部粗差样本。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，步骤S4中，分析、统计所述样地的各林种的树高误差分布情况的方法包括：步骤N1，确立所述样地的林种划分体系；步骤N2，将步骤S3取得的去粗差后的所述双样本对集合，按照所确立的林种划分体系划分为若干个双样本对子集，每个所述双样本对子集对应一个所划分的林种；步骤N3，计算指示每个所述双样本对子集的样本质量的指标值，并将指示同个所述双样本对子集的样本质量的各所述指标值形成为对所划分的对应林种的树高误差分布情况评价结果展示给用户。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，步骤N3中，指示每个所述双样本对子集的样本质量的指标包括所述双样本对子集中的每个双样本对的地面观测树高与CHM树高的差值中的最大值、最小值、平均值μ、标准差σ以及每个所述双样本对子集中的所述双样本对的数量中的
任意一种或多种。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，所述样地为半径为15米的圆形区域。
[0015]本专利技术利用空间分析方法和统计分析策略，实现了对航空激光雷达估算的山地林区CHM树高的精度验证，并检验了地面森林调查样地的地面观测树高数据与CHM树高数据的局部一致性。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本专利技术一实施例提供的航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法的实现步骤图；图2是建立样地的双样本对集合的方法步骤图；图3是建立样地的优势林木集合的方法步骤图；图4是去除双样本对集合中的粗差样本的方法步骤图；图5是分析、统计样地内各林种的分异情况的方法步骤图；图6是样地林木分布抽样前后的对比图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0019]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0020]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法，其特征在于，包括：步骤S1，采集所划分的每个样地的地面森林调查数据以及每个所述样地内的每株林木的CHM树高数据，所述地面森林调查数据包括样地中心定位数据、所述样地内每株林木的定位数据以及地面观测树高数据；步骤S2，根据所述地面森林调查数据和所述CHM树高数据，建立每个所述样地的双样本对集合；步骤S3，去除每个所述样地的所述双样本对集合中的粗差样本；步骤S4，依据步骤S3取得的去除粗差后的所述双样本对集合，分析、统计对应的所述样地的各林种树高误差分布情况；并根据经分析、统计得到的CHM树高和地面观测树高的偏差实现对所述样地内的每个林种的CHM树高估算精度的验证。2.根据权利要求1所述的航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法，其特征在于，步骤S2中，建立所述样地的所述双样本对集合的方法包括：步骤L1，为所述样地中的每株林木指定树冠范围；步骤L2，针对所述样地，建立林冠互不重叠且具有优势高度的优势林木集合；步骤L3，获取所述优势林木集合中的每株林木的林冠范围内的CHM值，并将每株林木的林冠范围内的CHM最大值与其对应的地面观测树高形成为所关联的林木的双样本对，关联每株林木的所述双样本对集合在一起形成为双样本对集合。3.根据权利要求2所述的航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法，其特征在于，步骤L1中，为所述样地中的每株林木指定树冠大小的方法为：以每株林木的定位点为圆心，以长度a为半径作圆，所作的面状圆形区域作为该株林木的树冠范围。4.根据权利要求3所述的航空激光雷达估算山地林区CHM树高的精度验证方法，其特征在于，步骤L2中，建立所述样地的所述优势林木集合的方法包括：步骤A1，依据地面观测树高由高到低对所述样地中的每株林木进行排序标号，排序标号后的归属于同个所述样地的各林木构成筛选集合；步骤A2，依据排序从所述筛选集合中选取最高林木标记为具有优势高度的优势林木，并以所述优势林木的定位坐标为圆心、长度b为半径作圆，并搜索以所述优势林木的定位坐标为圆心，b为半径的圆形区域内的其他林木并标记为与所述优势林木的林冠空间相交；步骤A3，将步骤A2中选取出的所述优势林木加入到所述优势林木集合中，并剔除标记为与所述优势林木的林冠空间相交的各林木；步骤A4，重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：付安民，高显连，吴发云，郑焰锋，王伟，
申请(专利权)人：国家林业和草原局调查规划设计院，
类型：发明
国别省市：