[發明專利]一種基于無人機激光雷達孔隙度模型估測銀杏人工林葉面積指數的方法

在審

• 申請號: 201810870109.9
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109146951A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 曹林;申鑫;吳項乾;劉坤;代勁松;汪貴斌
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T5/00;G01S17/89
• 代理公司: 南京申云知識產權代理事務所(普通合伙) 32274
• 代理人: 邱興天

本發明公開了一種基于無人機激光雷達孔隙度模型估測銀杏人工林葉面積指數的方法，包括：1)對無人機載激光雷達離散點云數據濾波并插值生成數字地形模型，使用生成的數字地形模型對激光雷達點云數據進行歸一化處理從而獲得歸一化后的激光雷達點云數據；2)使用孔隙度模型法對人工林進行樣地尺度的葉面積指數估測。本發明通過無人機激光雷達數據結合孔隙度模型法對亞熱帶典型平原人工林進行葉面積指數估算，具有靈活、快捷、低成本、高質量等優點，能夠較好地記錄森林冠層結構特征，有效增強葉面積指數反演的能力和精度。驗證結果表明，與使用其他相近遙感方法進行葉面積指數估算相比，其決定系數提升了5％以上。

技術領域

本發明屬于森林資源監測、生態因子調查及碳儲量估算等技術領域，涉及一種基于無人機激光雷達孔隙度模型估測銀杏人工林葉面積指數的方法。

背景技術

快速、實時、精確地估測人工林葉面積指數并掌握其連續空間分布，是實現人工林可持續經營的前提，也是研究人工林碳循環的基礎。同時，這些信息對于生態環境恢復與重建、緩解全球氣候變化及推動社會和經濟發展具有重要作用。傳統以地面實測為主的葉面積指數量測主要通過直接法和儀器測量，但地面實測耗時費力，效率較低，且只能獲得樣地尺度的信息，較難獲得大范圍的連續葉面積指數分布。此外，有些直接法(如鮮重打孔法、描形稱重法)往往會對森林冠層具有一定破壞性。

近年來，基于激光雷達數據進行森林葉面積指數提取的研究為：Lim等2003年在《Canadian Journal ofRemote Sensing》第29卷上發表的“Lidar remote sensingofbiophysical properties oftolerant northern hardwood forests”，該研究借助航空飛機獲取的激光雷達點云數據，通過提取高度百分位數，結合地面實測數據提取了加拿大北部闊葉林的葉面積指數。Roberts等2005年在《Forest Ecology&Management》第213卷上發表的“Estimating individual tree leaf area in loblolly pine plantationsusing LiDAR-derived measurements ofheight and crown dimensions”，該研究采用航空飛機獲取激光雷達點云數據，基于激光點云中提取的樹高和冠幅，并據此采用非線性回歸模型估測了火炬松人工林的葉面積指數。Morsdorf等2006年在《Remote SensingofEnvironment》第104卷上發表的“Estimation ofLAI and fractional cover fromsmall footprint airborne laser scanning data based on gap fraction”，該研究采用航空飛機獲取的激光雷達點云，利用激光雷達點云的冠層回波數與地面回波數的比值估測了葉面積指數。然而，以上方法多為經驗模型法估測葉面積指數，且大多針對歐美的北寒帶、溫帶的天然林。同時，沒有采用無人機平臺獲取激光雷達數據(以更靈活、高效、低成本的方式估算森林葉面積指數)。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的不足，本發明的目的是提供一種基于無人機激光雷達孔隙度模型估測銀杏人工林葉面積指數的方法，利用多旋翼無人機激光雷達系統獲取的點云數據，結合地面實測樣地數據，使用孔隙度模型法(通過計算點云的冠層穿透率，根據Beer-Lambert定律計算葉面積指數)對我國典型平原銀杏人工林進行樣地尺度的葉面積指數估測，增強了葉面積指數反演的能力和精度。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于無人機激光雷達孔隙度模型估測銀杏人工林葉面積指數的方法，包括以下步驟：

1)對無人機載激光雷達離散點云數據濾波并插值生成數字地形模型，使用生成的數字地形模型對激光雷達點云數據進行歸一化處理從而獲得歸一化后的激光雷達點云數據；

2)使用孔隙度模型法對人工林進行樣地尺度的葉面積指數估測。