检索结果-内蒙古大学图书馆

华南农业大学学报 2025年第3期46卷 379-389页

作者：于磊徐佳佳倪辰孔令瑗黄庆丰刘华唐雪海安徽农业大学林学与园林学院/安徽省林木资源培育重点实验室安徽大别山森林生态系统国家定位观测研究站

【目的】以安徽省天马国家级自然保护区内落叶阔叶林为研究对象，探究在复杂林境下树木定量结构模型利用无人机激光雷达数据进行单木生物量估测的应用潜力。【方法】通过地面调查和无人机获取样地与激光雷达点云数据，其中以地面数据为... 详细信息

【目的】以安徽省天马国家级自然保护区内落叶阔叶林为研究对象，探究在复杂林境下树木定量结构模型利用无人机激光雷达数据进行单木生物量估测的应用潜力。【方法】通过地面调查和无人机获取样地与激光雷达点云数据，其中以地面数据为实测参照数据。采用相对最短路径算法对雷达数据进行分割，利用树木定量结构模型提取分割后单木点云的树木参数（胸径、主干体积、枝干体积、分支数、冠层基部高度、冠层面积、冠层体积以及冠幅），并使用Pearson相关系数以及方差膨胀因子对参数进行变量筛选，最后构建基于3种机器学习算法的单木生物量估测模型。【结果】基于随机森林（RF）构建的生物量模型训练效果最佳（R2=0.880 0,RMSE=192.81 kg,rRMSE=29.88%），多层感知机（MLP）训练效果（R2=0.820 0,RMSE=236.48 kg,rRMSE=36.65%）与支持向量机（SVM）较为相近（R2=0.810 0,RMSE=243.67 kg,rRMSE=37.77%）。【结论】本文证实了从树木定量结构模型中所提取的树木参数能在落叶期阔叶树种中构建出精度较高的生物量估测模型，可以为复杂森林环境下的资源调查提供新方法。

关键词：无人机激光雷达树木定量结构模型生物量估测树木参数

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于激光雷达点云的树木定量结构模型研究

基于激光雷达点云的树木定量结构模型研究

引用

作者：范光鹏北京林业大学

学位级别：博士

树木结构的建模不仅增强了三维场景的真实感,更重要的是提供了科学管理森林植被的有效方法。传统树木建模方法缺少描述树木枝干几何结构的详细信息,而激光雷达(Light Detection and Ranging,Li DAR)点云包含了各点间的相对位置、局部拓... 详细信息

树木结构的建模不仅增强了三维场景的真实感,更重要的是提供了科学管理森林植被的有效方法。传统树木建模方法缺少描述树木枝干几何结构的详细信息,而激光雷达(Light Detection and Ranging,Li DAR)点云包含了各点间的相对位置、局部拓扑结构和整体几何形状等空间信息,为重建精确的树木结构提供了详细信息。目前树木建模研究缺乏关注重建树木结构的精细程度和几何精度,算法通用性差,容易产生大量的畸形结构,无法准确提取树木因子。而树木定量结构模型(Quantitative Structure Model,QSM)是基于地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanner,TLS)点云的单木结构精细建模方法,是以层次结构顺序描述完整的地上树木木质部位的单木几何模型。QSM的研究具有重要的理论与应用价值。本文提供了一个的新的、准确(Accurate)和详细(Detailed)的QSM—Ad QSM,它非常适用于重建树木的TLS点云,同时对无人机机载激光雷达(UAV-based Laser Scanner,UAVLS)点云和移动激光雷达(Mobile Laser Scanner,MLS)点云也具有一定的通用性。主要研究内容及研究结果如下:(1)提出了通用的单木枝干精细几何结构自动重建方法为了从不同类型(TLS、ALS和MLS)的点云中准确拟合树木枝干几何结构和拓扑关系,本文基于图论方法,并结合先验假设建模和轻量化表达的优势重建了单木几何结构和拓扑,提出了通用性强、精度高的单木枝干精细几何结构重建方法。○1首先基于三维Delaunay完成对输入点云的三角剖分,基于Dijkstra算法计算了有向加权图的最短路径。然后以最小生成树(MST)算法框架提取树木初始骨架,设计多余顶点和边的合并算法,完成对初始骨架的简化和优化。最后基于树木骨架完成了单木枝干结构圆柱体拟合及其优化算法,重建了精细的单木枝干几何结构。○2基于TLS,MLS和UAV-ALS采集的、不同地域(热带、亚热带和温带)的、不同大小形状结构的多种树木点云,研究了单木几何结构重建精度评价方法,验证了Ad QSM重建单木几何结构的精度,点云到几何结构表面的平均距离(Average distance,AD)和标准差(Standard Deviation,SD)分别小于3cm和8cm。○3研究了多维度下Ad QSM重建的单木几何结构与主流方法的对比,重建的树枝等级可以多出1～3级,Ad QSM的建模效率是Tree QSM的2.5～3倍,是Simple Tree的3～8.3倍。(2)构建了基于单木枝干精细几何结构的树木因子定量模型常规树木建模方法重建的枝干结构不够精确导致其无法定量提取树木因子。本文在重建单木枝干精细几何结构基础上,结合测树学理论构建树木因子自动测量模型。Ad QSM最大的优势是可以自动提取树枝和树干体积等传统测树方法难以直接测量的树木因子。○1在单木枝干精细几何结构重建的基础上设计了一系列的树木因子定量计算方法。除了可以自动提取胸径(Diameter at Breast Height,DBH)和树高等基本测树因子,还可以自动提取全树体积、树枝体积(长度、数量、等级和夹角)、树干体积(长度和直径)等。○2基于TLS点云重建了来自不同地域的71棵热带大型树木,并将砍伐树木后的测量数据作为参考值,验证了Ad QSM提取全树体积、树枝体积、胸径和树高的精度。将Ad QSM提取的胸径和树高分别与参考值进行对比,线性拟合的R分别为0.98和0.93,r RMSE分别16.86%和10.35%。Ad QSM提取的全树体积和树枝体积分别与参考值对比,线性拟合的R分别是0.98和0.96,r RMSE为24.63%和38.32%。研究将Ad QSM提取的树木体积结合木材基本密度估算单木地上生物量(AGB)的方法,将树木烘干称重的AGB作为参考值,范围是0.02629Mg到43.94535Mg,AGB估计值与参考值之间的一致性相关系数(CCC)为0.98,r RMSE为26.26%。○3研究了多因子多维度下主流方法对比,Ad QSM提取树高、全树体积、树枝体积和AGB的r RMSE比主流方法高出1%～4%的精度。(3)研究了基于Ad QSM在林业中的新方法1提出了一种无需砍伐树木的生物量方程研建新方法。传统的生物量方程研建方法需要砍伐树木,耗时费力且具有破坏性。政策或者经济成本等原因导致无法砍伐树木时,基于Ad QSM结合TLS点云可以研建新的生物量方程。该方法具备不需要砍伐树木的非破坏性优势,节约较大的人力物力成本。为15种不同种类的树木研建了生物量方程,结果表明非破坏性的TLS-Ad QSM方法和传统的破坏性方法研建的生物量方程系数差别较小,斜率分别是1.12和1.

关键词：激光雷达点云树木定量结构模型几何结构重建测树因子

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：

通借通还

建议与咨询 留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案： 新增检索档案 确定 取消

请选择收藏分类： 新增自定义分类 确定 取消

通借通还

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：