基于无人机LiDAR的单木生物量估测

单木生物量是遥感反演大尺度森林生物量的基础,为提高森林单木生物量估测精度和效率,利用无人机LiDAR点云精确估算桉树、马尾松的单木生物量。首先通过优化算法,提取树高和冠幅,然后采用改进的凸包算法计算树冠面积与体积,把单木结构参数引入CAR模型,构建单木生物量估测模型,并与线性模型进行比较。结果表明：（1）桉树样地树高、冠幅相关性系数R2分别为0.92、0.72;马尾松样地相关性系数R2分别为0.94、0.78,算法提取的树木参数与实测数据相关性较好。（2）改进的CAR模型的精度优于线性模型,桉树和马尾松样地R2分别为0.821、0.830,RMSE分别为17.731、19.149 kg/株。（3）CAR模型引入冠幅面积、体积等树冠因子的生物量模型拟合度更好、精度更高,其中桉树、马尾松样地R2提高了0.102、0.115,RMSE下降了4.484、5.683 kg/株。利用无人机LiDAR数据提取单木结构参数进行生物量估测可取得很好拟合优度和精度。     

多效唑对紫穗槐抗旱节水的形态作用研究

为了研究多效唑对紫穗槐的抗旱节水的形态效应,开展了6水平不同浓度的多效唑对紫穗槐的盆栽试验,对紫穗槐的形态指标进行了测量.结果表明:多效唑有效抑制了紫穗槐的株高、叶面积、盖度、冠幅、基径,增加了紫穗槐的株数和叶色.适当浓度的多效唑能增大紫穗槐的盖度、冠幅、基径,增加水土保持效果和抗倒伏性.综合考虑,D4多效唑浓度下不仅可以有效降低紫穗槐株高和叶面积,减少养分水分需求和水分蒸发,增强抗旱性,还可以增大盖度、冠幅、基径,加深叶色,增强水土保持效果和保持良好的景观效果,故这个浓度最佳.     

基于高速摄影测量气泡体积的图像处理技术研究

为获得鼓泡过滤装置内尺寸较大且存在明显变形的气泡的体积,介绍了4种图像处理气泡体积的方法:等效直径法、椭球体积公式法、水平切片法和自适应切片法。分析每种方法的基本思想和使用条件,并利用这些方法计算出气泡的体积。同时,采用气泡收集法对气泡体积进行实验测量,将4种图像处理技术计算出的气泡体积与实验测量值进行对比,来评价各种方法的准确性。结果表明:等效直径法和椭球体积公式法因需要获取表述气泡整体几何特征的参数来计算气泡体积,因此当气泡变形严重时,特征参数会发生较大变化进而整体处理精度受影响较大;水平切片法对椭球形气泡具有高精度的处理结果,但当气泡对称轴发生偏转或气泡形状为碟形时,处理精度明显变差;自适应切片法能根据圆形度来识别气泡形状,同时,针对不同的气泡形状,以对称轴为参考来确定合适的切片方向,具有很强的适用性和较高的计算精度。     

利用计算机辅助测量技术测量料堆体积

给出了一套利用计算机辅助测量技术测量料堆体积的完整方法,包括料堆现场拍照,将照片输入计算机进立立体重建和体积计算,提供了一套完整的体积计算算法,包括,原始数据点的整理,建立三角网,等高线插值,搜索等高线等高、计算等高线面积和计算体积８个步骤。在算法的基础上,开发了系统原,并通过一个料堆实例,验证了算法的可行性 和正确性     

无人机遥感估算绿化园林三维绿量——以福州大学旗山校区为例

针对传统的三维绿量估算方法存在耗时费力的缺点,提出利用可见光无人机影像快速估算绿化树木三维量的方法.首先获取高于10cm分辨率的无人机可见光遥感影像;其次结合可见光波段的光谱特征与无人机数据点云的高程特征获得研究区的冠层高度模型;再次通过局部最大值算法与标记控制分水岭算法提取单木树高、株数以及冠径参数,通过野外实测数据构建“树高-冠高”关系模型得到冠高;最后结合树种分布情况,按照不同的树冠形状构建三维绿量估算模型.     

GIS中散乱点集凸包的快速算法及编程

在地理信息系统(GIS)中,不规则三角网(TIN)的生成及数字地面模型(DTM)的建立都会用到点集凸包的计算.通过研究了传统凸包算法,并对其进行改进,提出简单快速的点集凸包改进算法.经过验证,新算法可准确快速地求出点集凸包.     

联合摄影及斜点样方法的单株植物冠层结构参数测量(Ⅱ):结构参数测量

总结了单株冠层叶面积指数(LAI)测量方法发展历史、现状及存在的问题,提出了联合摄影及斜点样方法的单株植物冠层总面积指数(PAI)测量方法.研究发现,选择合理的单位体元大小及分区大小组合方案对单株冠层几何参数及PAI测量十分关键.任意组合单位体元大小及分区大小可引起几何参数及PAI测量异常,当单位体元大小与分区大小之间相互匹配时,冠层几何参数及PAI测量结果稳定性良好.与立体体元大小相比,分区大小对冠层几何参数及PAI测量结果影响更为显著.     

基于声探测的炸点坐标测量技术研究

采用小孔径立体五元阵探测弹丸爆炸声信号,提出一种基于到达时间差(TDOA)的单基阵精确定向、多基阵融合定位的炸点声定位系统。针对采集的爆炸声信号,对比互相关法及阈值法计算时延差时的定向误差;针对爆炸信号因超出传感器最大量程而被削去顶部的波形失真现象,提出一种基于多项式拟合的时延估算方法,给出算法流程图。采用总体最小二乘(TLS)算法进行多基阵定位,详细介绍了TLS算法的推导过程;并通过仿真分析对比了线阵列和环状阵列下的定位误差。通过进行多次户外定位试验,结果表明,该系统定位性能良好,在200 m×200 m范围内定位精度优于1.5 m,满足工程测量需求。     

环状分布平面点集的凸包快速生成算法

针对栅格辅助法在处理环状分布平面点集时计算效率较低的问题,提出了一种格网2次处理算法.通过比较离散点所在网格的空间位置关系,经2次剔除点集中绝大部分不可能成为凸包顶点的内点,减少了参与Graham扫描的点数,提高了计算效率.实验结果表明,与栅格辅助法相比,格网2次处理算法能够明显提高处理环状分布平面点集的效率,而且对于其他空间分布较为均匀的平面点集的处理效率也有一定程度的提高.     

一种基于色空间转换的色域体积快速估算法

为了利用少量色度测试数据快速计算显示设备的三维色域体积,提出基于CIELAB到RGB色空间的均匀采样色域体积估算方法.该算法在CIELAB色空间定义色样集,经色模矩阵转换到与设备相关的RGB空间,统计得到设备可显示色样占色样集总和的比例,以此估算被测显示器的三维色域体积.算法虽为估算方法,但通过适当调整量化间隔,可提高计算精度.与四面体剖分色域体积计算方法相比,本算法节省色度测量工时,运行速度更快,适用于显示器颜色重显性能的快速检测和评价.     

基于无人机遥感的绿化园林三维绿量估算与分析——以福州大学校区为例

三维绿量能够从立体空间上描述城市绿地的空间分布和定量评价城市绿化的环境效益。本文以福州大学为研究区，探讨了利用可见光无人机影像估算绿化树木三维绿量的方法，并对校园生态效益进行定量分析。首先获取高于10cm分辨率的无人机可见光遥感影像；其次结合可见光波段的光谱特征与无人机数据点云的高程特征获得研究区的冠层高度模型；然后通过局部最大值算法与标记控制分水岭算法提取单木树高、株数以及冠径参数，通过野外实测数据构建“树高-冠高”关系模型得到冠高；最后结合树种分布情况，按照不同的树冠形状构建三维绿量估算模型，并基于三维绿量估算校园不同树种的生态效益。结果表明：研究区内三维绿量总量达到了804405m3，其中休闲区的三维绿量总量为428566m3，占总绿量的53.3%，而科技园区的三维绿量总量为26568m3，仅占总绿量的3.3%；而常见树种中，三维绿量贡献最大的为榕树，达到404405m3，占三维绿量总量的50.3%，而丹桂贡献的三维绿量仅为509m3，占总绿量的0.063%。研究认为：基于无人机遥感数据，能够较好的估算出研究区内绿化树木的三维绿量。     

基于ULS、TLS和超声测高仪的天然次生林中不同林冠层树高估测

【目的】应用不同数据源分析不同林冠层中探测提取树高的异同,探索适用于中国北方天然次生林树高估测的方法。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场中林施业区0.25 hm²样地为研究区域,基于无人机激光雷达(unmanned aerial vehicle laser scanning, ULS)、地基激光雷达(terrestrial laser scanning,TLS)和Vertex IV超声测高仪实测单木树高,根据冠层高度分布(canopy height distribution, CHD)对林冠层进行分层,对不同林冠层(上层和下层)、不同树木类型(针叶树和阔叶树)探测提取的树高进行对比与分析。【结果】由CHD计算得到的冠层分层阈值为8.5 m。树高的离群值大多产生在林冠上层,阔叶树比针叶树更容易产生离群值,ULS比TLS更容易产生离群值。在林冠上层,ULS比TLS估测树高的相对均方根误差(rRMSE)低2.56%,ULS提取针叶树树高的rRMSE比阔叶树低2.68%;在林冠下层,ULS仅能探测到少量树木,ULS比TLS探测提取树高的 rRMSE高6.31%,TLS提取针叶树树高的rRMSE比阔叶树低1.16%。【结论】针叶树的树高估测精度普遍高于阔叶树;当TLS和ULS均能对单木进行完全扫描时,具有准确提取树高的潜力;树高离群值多由冠型不规则或相互交叉的阔叶树产生,而大部分针叶树,由于具有规则的冠型,所以产生的离群值较少;基于CHD对林冠层进行划分能够较好地反映不同数据源估测树高的适用范围,具有一定的推广意义。     

基于树高和冠幅的广西桉树二元立木材积模型研建

激光雷达在获取树高和冠幅等森林资源信息方面具有无可比拟的优越性,构建基于树高和冠幅的二元立木材积模型,可为激光雷达技术在森林蓄积量估测应用中提供计量依据。通过测定广西桉树（Eucalyptus）典型分布区448株样木的树高、冠幅、胸径等因子,采用非线性回归估计方法建立树高冠幅二元材积模型、树高一元材积模型、胸径树高二元材积模型、胸径一元材积模型和冠幅一元材积模型,并对模型进行检验评价。建立的5个模型确定系数分别为0.969,0.875,0.994,0.945和0.588,总体误差分别为0.29%、-1.94%、-0.26%、1.88%和-2.82%,模型预估精度分别为97.75%、95.38%、99.14%、96.95%和91.72%;树高冠幅二元材积模型的模型总体检验、分树种检验、分段检验、分区检验和五折交叉检验,均符合林业数表编制的相关要求。树高冠幅二元材积模型各项指标显著优于树高一元材积模型和冠幅一元材积模型,与胸径树高二元材积模型接近,完全符合林业数表编制要求,可应用于基于机载激光雷达的森林资源调查和监测。     

长白山区林下主要灌木生物量估算与分析

以长白山金沟岭林场天然云冷杉林、杨桦次生林、人工落叶松林3种森林类型为研究对象,构建了林下灌木层分布较广泛的10个物种以植冠面积（Ac）、植冠体积(Vc)、地径平方与株高乘积(D2H)为自变量的器官生物量模型,并按照灌木形态的不同分别乔木型灌木（主干明显）、典型灌木（分枝多,主干不明显）构建混合物种模型,选出R2较大、SEE较小的模型作为最优模型,研究了不同森林类型林下灌木层生物量及其在不同物种和器官中的分配。结果表明：单一物种器官生物量最优模型多为线性、二次或者三次方程,干、枝最优模型采用的自变量多为D2H或者Vc,叶生物量最优模型采用的自变量多为Ac或者Vc,根的多为D2H。混合物种模型的最优方程为幂函数或三次方程,最优模型的自变量除典型灌木枝模型为Vc外,其他各器官模型自变量都为D2H。计算得到的天然云冷杉林、杨桦次生林、人工落叶松林林下灌木层生物量分别为4 01359、3 95066和4 64936 kg/hm2,且乔木型灌木对生物量的贡献率大于典型灌木。     

基于TLS的红松树冠半径提取及其外轮廓模型构建

【目的】探究基于地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanning, TLS)点云数据提取人工林中红松不同树冠深度处最大树冠半径(crown radius,R_C)的精度,建立基于TLS点云数据的树冠外轮廓模型,为基于TLS点云数据研究树冠结构奠定实践基础。【方法】以30株人工林红松解析木的TLS的点云数据以及实测枝条因子为数据源,采用点云分层投影法提取不同树冠深度处的最大树冠半径,并与根据30株解析木各轮最大枝条计算出的半径对比进行精度分析。最后,基于TLS所提取的树冠半径进行红松树冠外轮廓模型的构建。【结果】最大树冠半径总提取精度为86.17%,不同树冠深度处提取精度存在差异,提取效果最好的相对冠深范围为0.15～1.00,精度均在90%左右;提取效果最差的相对冠深范围为0～0.15,精度为60.27%～75.79%。3种常用的树冠外轮廓模型(单分子式、二次抛物线、3参数Weibull方程)均具有较好的拟合效果。3参数Weibull方程为最优模型,对最优模型再参数化后引入的变量为胸径(DBH)和高径比(HD),拟合效果明显提高。【结论】基于TLS...     

鲁中南山区松树人工林近自然经营效果分析

近自然抚育作业于徂徕山林场、泰山林场和明光寺林场进行，采用目标树抚育作业方式，对不同林分进行间伐处理，时长分别为2、10和3年。结果表明，与对照相比，抚育处理后林分平均胸径、树高和冠幅较对照提高3.13%~12.89%、3.03%~8.91%和2.75%~25.91%；林分生长速度加快，保留木的胸径、树高和冠幅年生长量分别提高21.43%~66.67%、9.21%~26.15%和64.29%~300%；林下灌木层植物种类增多，出现侧柏、臭椿等喜光物种；油松纯林和松栎混交林中草本植物多样性改善，Simpson、Shannon-wiener和Gleason指数分别提高0.95%~1.93%、5.33%~10.43%和4.67%~18.18%，马唐、大油芒、羊胡子草等植物重要值提高；另外，抚育间伐后林下土壤pH提高0.77%~3.78%，土壤容重降低5.48%~12.68%；同时，过氧化氢酶、土壤磷酸酶、土壤蔗糖酶、土壤脲酶活性较对照分别提高6.74%~29.33%、4.79%~4.99%、2.13%~10.34%和1.25%~25.56%。近自然抚育间伐在一定程度上可以促进林分生长量积累、丰富林下植物多样性、改善林下土壤质量。     

我国人工林林下灌木层植物多样性空间变异及影响要素

【目的】灌木层是森林生态系统的重要组成部分,建立我国人工林林下灌木层植物多样性数据库,为森林群落结构维持、生物多样性保护提供技术支撑。【方法】采用结构方程模型(SEM)揭示我国人工林林下灌木层植物多样性空间变异和影响要素。【结果】①林下灌木层植物多样性从南到北逐渐减小;②随着乔木胸径的增大,林下灌木层植物多样性逐渐增大,但分布均匀度有降低趋势;③随着人工林郁闭度的增加,植物多样性呈现先增大后减小趋势,郁闭度约为65.8%时Shannon-Wiener多样性指数达到峰值;④随着林分密度的增大,林下灌木层植物多样性逐渐减小;⑤温度、降水、郁闭度、林分胸径、树高和林分密度因子均对林下灌木层植物多样性具有直接或间接的作用,其中郁闭度对其影响存在阈值(65.8%),当郁闭度超过此阈值,温度和降水为主导因子,而郁闭度低于此阈值,温度的影响权重降低,林下光照的主导作用增强。【结论】在探究人工林林下灌木层植物多样性空间变异及影响要素的过程中,需要综合考虑各种影响因子,并借助多种多样性指数,综合评判林下植物多样性变化情况。本研究结果可为调控人工林林下灌木层植物多样性及林下植物恢复提供参考依据。     

基于多站扫描的点云特征参数与材积结构动态分析

【目的】采用地面激光雷达(TLS)进行多站点扫描获取立木的点云信息,提取有关点云分布的特征参数,拓展立木测树因子,建立基于特征参数的材积模型。【方法】以马褂木(Liriodendron chinense)人工林为研究对象,利用点云数据提供的立木上部直径(d)、树高(H)等因子对两期(2014、2017年)林分结构变化进行分析;设计并提取基于TLS点云的特征参数高度累计百分比,同时提取了其他与高度相关的特征参数作为一组变量;将提取的立木胸径(DBH)与特征参数作为另一组变量;最后分析特征参数、胸径与材积的相关性,通过逐步回归法分别建立基于两组变量的材积模型,并分析两期材积的动态变化。【结果】选用特征参数H₂₅与H_{t, var}(点云高度方差)拟合两期材积模型,其决定系数R²分别为0.771 1、0.742 6;利用特征参数H₂₅与胸径拟合,模型预测精度有明显的提升。以上两组材积模型预测各径阶材积变化,其模型值与实测值无显著差异,R²均高于0.9。【结论】研究提取的高度累计百分比与立木测树因子紧密相关,可以很好地反演林木的动态结构。研究建立的材积模型均有较高的精度,可用于林木材积动态变化监测,为地面激光扫描点云参与森林资源动态监测提供理论参考。