[發明專利]一種基于激光雷達的林窗立體結構量測方法

有效

• 申請號: 201710574787.6
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107479065B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 劉峰;楊志高
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/48
• 代理公司: 長沙思創聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 43215
• 代理人: 夏興友;李季

本發明公開了一種基于激光雷達的林窗立體結構量測方法，步驟1：激光雷達數據的獲取步驟以及預處理步驟；所述的激光雷達數據是指由固定翼飛機或無人機搭載激光雷達儀獲取遙感數據；每一個激光點的數據包括X，Y，Z坐標數據以及回波強度數據；步驟2：林冠層數據的處理步驟；步驟3：林窗識別步驟；步驟4：林窗立體結構測量步驟；該基于激光雷達的林窗立體結構量測方法易于實施，不受調查地林分類型和地面狀況的影響，能快速、準確、大范圍、多維度測量林窗結構。

技術領域

本發明涉及一種基于激光雷達的林窗立體結構量測方法。

背景技術

林窗(canopy gap)指森林群落中主林層受人為干擾(擇伐)或自然干擾(大風、雪、水災、泥石流、蟲害等災害)在林冠層形成的不連續的林中空隙，是促進森林植被更新的重要空間。林窗研究作為森林生態學重要內容之一，具有重要的理論和實踐意義。

林窗立體結構的測量是林窗研究的基礎，林窗立體結構主要包括林窗面積、林窗形狀和林窗邊緣木高度?，F階段林窗測量方法可分為兩類：一是基于實地測量的直接法，二是基于攝影技術或遙感的間接法。

基于實地測量的直接法，主要包括橢圓法、等角多邊形、等角橢圓扇形法和三角形法等，基本思路是將單個林窗近似分割成多個同類型的幾何形狀，然后將多個幾何形狀面積求和以實現林窗總面積的估測。直接法費時費力，受外界因素影響大，精度也不高，只能估測林窗的面積，不能測量林窗形狀和邊緣木高度?；跀z影技術或遙感的間接法，主要包括基于攝影技術的平面相片法和半球面影像法，以及基于遙感技術的航片法?；跀z影技術的間接法采用裝配普通鏡頭或魚眼鏡頭在林窗內同一位置不同高度處垂直向上拍攝的2張影像(2次拍攝的方位角相同)，根據鏡頭投影原理和2次拍攝點的高差測量林窗立體結構。該類方法具有客觀、精度較高以及可重復的優點，但對測量人員的攝影技術要求較高，特別是涉及魚眼鏡頭的影響因素較多。

航片法采用航天或航空光學遙感影像，根據數字圖像處理技術勾勒或識別林窗邊緣，達到測量林窗的目的。航片法最大的優點是能在景觀尺度上快速識別和測量森林中大量林窗的面積，但不能獲取林窗立體結構特征，由于受部分冠層陰影的影響，航片法通常對小林窗的測量精度不高。

因此，有必要設計一種新的基于激光雷達的林窗立體結構量測方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于激光雷達的林窗立體結構量測方法，該基于激光雷達的林窗立體結構量測方法易于實施。

發明的技術解決方案如下：

一種基于激光雷達的林窗立體結構量測方法,其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：激光雷達數據的獲取步驟以及預處理步驟；

所述的激光雷達數據是指由固定翼飛機或無人機搭載激光雷達掃描儀獲取遙感數據；

每一個激光點的數據包括X，Y，Z坐標數據，以及回波強度數據；

預處理步驟如下：(1)讀取激光點云原始數據(LAS格式)，獲取每個點云的x軸數值、y軸數值、z軸數值、回波強度。(2)設定投影坐標系為墨卡托投影(UTM)方式，參考橢球為WGS84，投影帶號T由調查地區的中央經度換算得到。(3)采用基于數據本身的航帶間重疊區誤差分析，提高點云數據定位精度，并修正航帶的變形，其次，對各航帶數據進行系統誤差消除，使航帶間平均高程差值在-2～2厘米之間。

步驟2：林冠層數據的處理步驟；

步驟3：林窗識別步驟；

步驟4：林窗立體結構測量步驟。

步驟2包括獲取CHM、CSM和CPI數據的步驟；

所述的CHM是指冠層高度模型，CSM是指冠層梯度模型，CPI是指林冠空隙模型。