[發明專利]基于TLS和UAV自動化提取高郁閉林分樹高的方法

有效

• 申請號: 201910502793.X
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110221311B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 田佳榕;徐雁南;代婷婷
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01S17/86
• 分類號: G01S17/86;G01S17/89;G01S7/48;G01C11/06;G01C5/00;G06T17/00
• 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;田沛沛

本發明公開一種基于TLS和UAV自動化提取高郁閉林分樹高的方法，利用無人機攝影測量點云數據和地面精準點云數據，提取單木的最高點和最低點，通過單木定位坐標和自動識別最高點信息，將判別最高點和定位點投影于xoy平面，評判識別準確性，快速提取樹高值。節省成本，提高效率，而且在提升樹高的提取精度基礎上取代了部分人工調查，減少了大量人力物力消耗。試驗結果表明，通過本發明提出的樹高提取方法對水杉人工林樹高估計，取得了較高的精度，樹高提取值整體更趨近于實測真實值；而本發明方法也為中小型林場的森林資源評估及經營規劃作出有效建議。

技術領域

本發明屬于森林資源動態監測技術領域，具體涉及一種基于地基激光雷達和無人機航空攝影自動化提取高郁閉林分樹高的方法。

背景技術

隨著市場經濟的發展，大多數中小型林場對林木資產價值的精準定量評估存在諸多技術問題，無法以確切的資產價值進行出讓或者聯營開發，不能產生相應的收益，也達不到資產的保值增值目標。對于森林資源的可持續經營而言，樹高是反映材積和立地質量的重要參數,也是定量估算森林蓄積量、地上生物量乃至森林資源資產評估的必要信息。傳統的樹高測量主要是依賴林業工作者在野外采用測高儀器進行測量，但其工作量大、速度慢、耗費巨大的人力物力。光學遙感因不能直接獲取森林的冠層垂直結構信息，在估算森林高度上精度有限，難以滿足需求。而且對于高郁閉度的人工林，由于大面積的遮擋問題，上述兩種方法對于這類森林的樹高測量誤差更大。激光雷達(light detection and ranging,LiDAR)和無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)近年來在森林植被結構參數提取方面發展迅速，尤其對植被垂直結構參數的獲取具有一定的優勢，其精度可達到亞米級。

地基激光雷達(TLS)可以獲取精細的森林垂直結構，尤其是林冠下層垂直結構，在高精度的數字高程模型的獲取有著獨特優勢。但由于森林地形和設備本身垂直掃描角度的限制，加上激光束方向上的其他物體(如樹木、樹枝、灌木叢等)的遮擋作用，TLS很難獲取到上層樹冠和樹梢的信息，因此對于樹高參數的提取精度不高。Moska在《Remote sensing》2011年第4卷發表了“Retrieving forest inventory variables with terrestriallaser scanning(TLS)in urban heterogeneous forest”，通過城市森林中的單掃描TLS數據測量樹高，樹高估計的RMSE在樹水平上為0.75m，Seidel等在《Agricultural and forestmeteorology》2012年第154-155卷中發表了“Analyzing forest canopies with ground-based laser scanning:A comparison with hemispherical photography”利用TLS數據對種植密度稀疏的林地進行觀測，提取的樹高值普遍存在低估現象。

根據點云數據進行樹高測定是使用相關雷達數據產品的研究人員所熟知的手段，結合ALS(機載激光雷達)和TLS(地基激光雷達)觀測，使用TLS點云標定樹的位置，結合ALS提供的樹冠頂層信息，兩者配準后進行樹高測量的研究方法也有人研究過。但由于其相對高昂的設備和配套搭載設備成本、作業安全問題以及較高的操作人員技術要求，ALS在大多中小型林場都沒有推廣。

發明內容

發明目的：針對現有技術存在的不足，解決通過單一的地面或航空遙感測量對高郁閉林分樹高提取精度偏低的問題，本發明的目的是提供一種基于地基激光雷達和無人機攝影測量自動化提取高郁閉林分樹高的方法，用于在不進行單木分割的情況下，對樹高進行高效率高精度提取，減少地面人工測量，降低成本。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于TLS和UAV自動化提取高郁閉林分樹高的方法，利用無人機攝影測量數據和地面精準點云數據，將提取樹高的問題簡單化，提取單木的最高點和最低點，通過單木定位坐標和自動識別最高點信息，將判別最高點和定位點投影于xoy平面，評判識別準確性，快速提取樹高值。具體包括以下步驟：