【技术实现步骤摘要】
基于星载光子计数激光雷达的森林冠层高度提取方法
[0001]本专利技术涉及基于星载光子计数激光雷达的森林冠层高度提取方法,属于光子点云数据处理
技术介绍
[0002]近年来温室效应及全球气候变暖日益严峻,森林生态系统由于其稳定的固碳能力而受到国际社会的广泛关注。因此,开展森林生态系统的碳分布及碳汇估算对研究全球气候变化进程具有实质性意义。其中,森林冠层高度作为森林垂直结构参数的重要部分,在森林碳储量估算中发挥着不可或缺的作用。作为新型星载多波束微脉冲光子计数激光雷达,ICESat
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2/ATLAS可提供窄带状高程剖面点云,通过冠顶及地面光子的精确识别可提取较高精度的森林垂直结构参数
[7]。ATLAS减小了光斑直径,提升了沿轨采样密度,相比ICESat
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1全波形数据在一定程度上减小了地形的影响。然而,ICESat
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2光子数据自身脉冲信号较弱,在返回信号时极易受太阳背景噪声等干扰,形成密集且均匀的场景噪声。因此如何对光子点云数据进行准确去噪,并在不同地形条件下均能提取较高精度的森林冠层高度成为研究的重点和难点。
[0003]目前很多的光子点云数据处理方法是基于ICESat
‑
2机载模拟试验数据来进行开发的,如多波束激光雷达据(Multiple Altimeter Beam Experimental Lidar,MABEL)、多极化光子计数激光雷达数据(Slope Imaging Multi
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pola ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于星载光子计数激光雷达的森林冠层高度提取方法,其特征在于:首先进行光子点云数据的信号和噪声数据的准确划分;然后基于分离出的信号数据,采用局部地形的迭代滤波算法拟合地面曲线,并通过梯度下降法的突变检测和EMD的分解与重构功能对伪地面点进行剔除;最后采用动态分箱统计方法从非地面点中提取冠顶点,根据冠顶点与地面点的高程差来计算冠层高度。2.根据权利要求1所述的基于星载光子计数激光雷达的森林冠层高度提取方法,其特征在于:所述方法的具体步骤如下:Step1、数据预处理:对原始点云进行坐标投影转换及分段处理,形成适宜跨度的高程剖面点云;Step2、点云去噪及分类:通过点云精去噪及滤波分类实现噪声、地面、冠层及冠顶光子的识别;Step3、冠层高度提取:通过计算冠顶点和地面点的高程差来计算冠层高度。3.根据权利要求2所述的基于星载光子计数激光雷达的森林冠层高度提取方法,其特征在于:所述Step1包括:Step1.1、基于ICESat
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2/ATL03的原始三维点云数据经坐标投影转换形成高程剖面点云数据;Step1.2、然后按照10km跨度对带状剖面作分段处理,每个分段单元称作Seg
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Km处理段;同时,为保证所提取冠层高度与ICESat
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2/ATL08产品作精度对比时光子点坐标匹配准确,那么相对应的ATL08数据也作Seg
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Km处理;此外,为解决基于局部统计参数的去噪方法在边缘效应方面所表现问题,此处统计参数即光子密度,通常在Seg
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Km处理段的去噪中结合移动窗口法处理,分箱跨度设为3.4km的同时,沿横向轨道,每个分箱前后位置设200m缓冲区。4.根据权利要求2所述的基于星载光子计数激光雷达的森林冠层高度提取方法,其特征在于:所述Step2中,点云去噪包括如下具体步骤:Step2.1.1、调试滤波器参数及逐点作局部密度统计:经数据测试后发现滤波器参数P与信噪比SNR存在正相关,进而构建关系模型,公式(1),实现滤波器参数P自适应;然后对剖面点云内所有光子构建K
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D Tree索引结构,结合公式(2)计算搜索半径后依托该结构逐点统计光子密度,形成局部密度直方图;P=Int(2.96273*SNR+2.24325)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中,P为邻域点数,SNR为粗略估计的信噪比,通过统计剖面点云的高程频率直方图,然后以频数中位数为阈值,频率低于此阈值为噪声,反之为信号,求各自均值并作除法即获取SNR,Int为取整函数;式中,R为自适应搜索半径,P为邻域点数,N
Total
为Seg_Km处理分段内每个移动窗口下的光子总数,其中移动窗口的跨度为200m+3.4km+200m,Int为取整函数;Step2.1.2、高斯分解及参数优化、双峰高斯参数筛选:以高斯低通滤波对直方图曲线作滤波处理并对其进行高斯分解,然后通过列文伯格
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马夸尔特L
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M对高斯分量作参数优化,并以如下条件对信号高斯和噪声高斯作最终筛选:标记左侧最高峰为噪声高斯,其他高
斯分量则按α
i
×
σ
i
进行排序且首个满足μ
i
‑
μ1≥2σ1的标记为信号高斯;Step2.1.3、噪声阈值的准确提取:通过获取的噪声高斯及信号高斯参数后结合公式(3)进行双峰特征的重构并利用二阶求导来提取唯一波谷点为信噪阈值;式中,(α
i
,μ
i
,σ
i
)...
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