[發明專利]基于TLS進行高寒脆弱區沙地植被的植被蓋度測定方法

有效

• 申請號: 201911414981.3
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN110988909B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 田佳榕;李海東;徐雁南;馬偉波;廖承銳;呂國屏
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G06T3/40
• 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

1.一種基于TLS進行高寒脆弱區沙地植被的植被蓋度測定方法，其特征在于：對TLS獲取的點云數據進行高精度的冠層高度模型提取，對冠層高度模型的分辨率進行細化，結合低高度生態系統植被的基本結構特征和三維點云提取的植被蓋度，選擇合適的CHM分辨率進行植被蓋度的估算；包括以下步驟：

（1）采用地基激光雷達掃描儀獲取待檢測區域內的LiDAR點云數據；

（2）數據預處理：進行掃描多站點云數據間的配準，通過選取控制點進行粗拼接，然后通過迭代最近點算法進行自動精拼接；對拼接完的數據進行樣地數據的截取；

（3）利用激光接收回波的強度信息和波形數據，并結合設備獲取對應的高分辨率的光學影像進行濾波分類；并得到樣地的不同分辨率的冠層高度模型CHM；

（4）對不同分辨率下的冠層高度模型進行像元高度閾值判斷，統計高于高度閾值的像元個數，得出植被蓋度隨冠層高度模型分辨率的變化圖；

利用柵格來計算植被蓋度，植被蓋度的輸出范圍為0到1，0表示沒有植被覆蓋/完全裸露，1表示有植被覆蓋；CHM的分辨率是指在x和y方向根據一定的距離將點云空間均勻劃分為不同的柵格，用高度閾值來區分地面點和灌叢植被點，高度大于高度閾值的點被判定為植被點，并參與計算；

進行高度閾值判斷統計植被點像元時，CHM中存在某像元的高度值比相鄰像元不正常的低的無效值，無效值隨著CHM分辨率的提高而不斷增加；CHM分辨率提升到某一程度時，CHM圖像開始出現空洞，無效值激增，當某一分辨率下的CHM出現空洞時，提取的植被蓋度是最為準確，由于選擇了一定的高度閾值，低估了該區域的植被蓋度，所以可靠的植被蓋度是一個范圍；

（5）對三維點云數據，利用回波信息計算冠層回波占所有回波的比例，計算基于三維點云數據的植被蓋度；

基于三維點云的方法，利用點云的回波信息計算冠層回波的比例，所述點云數據為第一次回波點云，采用第一回波覆蓋指數FCI計算植被蓋度，計算方式如下：

式中，FCI為第一次回波覆蓋指數，近似表示垂直冠蓋度；

First?canopy為第一次回波的冠層點云；

First?All為第一次回波的全部點云，采用高度閾值來區分冠層點云；

（6）將基于點云數據和基于CHM柵格數據的植被蓋度進行比較，得到植被蓋度的比較值。

2.根據權利要求1所述的基于TLS進行高寒脆弱區沙地植被的植被蓋度測定方法，其特征在于：步驟（1）所述地基激光雷達掃描儀為Riegl?VZ-400iLiDAR傳感器，傳感器記錄完整的激光脈沖信息，主要包括激光脈沖的回波信息、點云三維信息、點云強度信息和RGB圖像附色信息。

3.根據權利要求1所述的基于TLS進行高寒脆弱區沙地植被的植被蓋度測定方法，其特征在于：步驟（2）所述迭代最近點算法通過尋找目標點集與參考點之間的對應關系，進而計算出兩個點集之間的最優平移T和旋轉R變換參數，將不同坐標系下的點云模型轉換到同一坐標系下，使兩者之間的配準誤差達到最小。

4.根據權利要求1所述的基于TLS進行高寒脆弱區沙地植被的植被蓋度測定方法，其特征在于：步驟（3）濾波分類的具體步驟為：首先，通過統計濾波移除噪點和離群點；接著，基于漸進三角網加密的濾波方法對地面點和非地面點進行分離；然后，將地面點和去噪后的數據點分別按照TIN插值法得到數字高程模型DEM和數字表面模型DSM，通過CHM=DSM-?DEM計算得到冠層高度模型CHM。