一种机载低密度点云与同步航空影像山地森林林分密度估算方法技术

技术编号:34770510 阅读:20 留言:0更新日期:2022-08-31 19:31
本发明专利技术所要解决的问题是,提高山地森林的林分密度估计精度。利用机载低密度LiDAR点云估计森林植被结构参数的研究越来越多,如估计森林的地上生物量、蓄积量、林分平均高等,但是林分密度作为森林重要的结构参数之一,其估计精度仍然不高,特别是在地形较为复杂的山区。本发明专利技术探索了众多与林分密度估计有关的变量,发现点云树冠高度密度变量为林分密度相关性较高的变量,并利用此变量结合航空影像提取变量以及地形信息建立林分密度综合反演模型,综合考虑了点云获取的空间三维信息和同步航空影像获取的二维信息,从而实现了森林林分密度快速而较高精度的估计。快速而较高精度的估计。

【技术实现步骤摘要】
一种机载低密度点云与同步航空影像山地森林林分密度估算方法


[0001]本专利技术涉及植被遥感领域,尤其是一种基于机载低密度LiDAR与同步航空影像数据的山地林区分林分密度估算方法。

技术介绍

[0002]利用LiDAR数据可以从两个方面估测林分密度,一方面是基于高密度点云(通常大于4点/m2)数据的单木尺度分割,提取单木树冠,从而统计出林分密度;另一方面是基于林分尺度按照样地面积统计出点云参数(metrics)和林分属性并建立经验统计模型进行估计。其中第二种方式metrics涉及到了树冠的高度变量,如平均高度(mean height)和树冠密度变量(Count)(通过在某个高度以上相对于总回波点数量比值来刻画回波的频率)等。但是这些变量只有少数留在了最终的估测模型中。在已有的方法中出现了大量的针对不同类型森林和树种的模型。但是,在这方面大部分的结构变量可以获得中等或者较高的相关性,而林分密度估计精度相对较低,还值得更多的探索。

技术实现思路

[0003]针对上述问题,本专利技术提出了一种基于机载低密度LiDAR与同步航空影像数据的山地林区林分密度提取方法机载低密度点云与同步获取的航空影像数据,首先获取同步数据集以及对应的样地数据集,组成样地向量集,本专利技术需要用到一部分地面样地数据和同步数据集完成研究区森林林分密度的估计,因此,要完成必要的预处理,包括数据集之间的空间位置匹配,保证提取精度。探索了众多变量,发现点云树冠密度变量为林分密度相关性较高的变量,并利用此变量和地形变量、树冠点数量变量共同建立林分密度估计模型,该模型简单方便,可以快速地实现复杂森林地区林分密度较高精度的估计。
具体实施方式
[0004]首先,在研究区获取机载LiDAR数据以及收集地面样地数据集,本专利技术需要用到一部分地面样地数据和同步数据集构建回归模型完成研究区森林林分密度的估计,因此,准确的图像预处理是必要的步骤。完成地面样地数据、机载LiDAR数据、同步获取的航空影像数据的几何位置的配准,保证提取精度。
[0005]完成点云数据的预处理,包括噪声点去除、地面点分类、DEM生成、归一化点云制作,即将每个点云的高程减去对应地面点的高程。
[0006]接着,利用点云处理软件,提取每一个样地范围内的LiDAR数据中的变量(metrics),包括百分位高度、不同百分位高度密度、skewness、kurtosis、standard error、meanHt、stdHt等。分析众多变量与林分密度的相关关系,发现点云树冠密度变量(Count)与林分密度相关性较好,特别是

D
density = Count2 / Count0,其中Count2为地面点为2 m以上的点云数量,Count0为所有地上地面点数量。
[0007]将同步获取的航空影像数据,运用改进的光谱局部最大值滤波法提取绿光波段的树冠点的数量,以对应的样地范围统计树冠点数量,依次获得每个样地范围内的单木树冠点数量,并组成向量。
[0008]建立单木树冠点数量向量、点云树冠密度变量组成的向量和地形因子与实际林分密度组成的多元回归模型,选用一部分样地样本数据进行建模,另一部分样地数据进行模型的验证。
[0009]将建立的回归模型用于研究区的林分密度估计,需要准备单木树冠点数量栅格图层和点云树冠密度变量图层,在ArcGIS中运用建立的林分密度模型来估计研究区的林分密度,最终生成高精度林分密度制图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机载低密度点云与同步航空影像山地森林林分密度估算方法,其特征在于: 步骤1,首先收集覆盖森林研究范围内某一时相的机载LiDAR数据(低密度,点云密度约为2个点每平方米)和同步航空影像数据集(空间分辨率为0.2 m);步骤2,在研究区域内布设一定数量的森林调查样地,以国家森林资源一类清查数据为例,考虑样地内所有林木株树相加为实际林分密度(包括样地内所有阔叶树、针叶树、竹林),保证数据集(机载LiDAR数据、航空影像数据、地面样地数据)之间位置的准确性;步骤3,完成点云数据的预处理,包括噪声点去除、地面点分类、DEM生成、归一化点云制作,即将每个点云的高程减去对应地面点的高程(由于点云数据的预处理不在本发明专利要求保护的范围之内,不做重点陈述);以样地为单位,收集以样地为单位的LiDAR metrics信息,提取点云数量Count属性数...

【专利技术属性】
技术研发人员:王书涵刘华光雷宇斌
申请(专利权)人:湖南科技大学
类型:发明
国别省市:

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