【摘要】：森林冠層葉面積的垂直分布狀況對森林的輻射平衡以及與大氣的質(zhì)能交換有重要影響,是由葉片至整個生態(tài)系統(tǒng)自底向上作用過程中的關(guān)鍵因素。葉面積密度(Leaf Area Density,LAD)是表示葉面積垂直分布的重要參數(shù),準確反演植被的LAD曲線對整個生態(tài)系統(tǒng)的研究具有重要意義。激光雷達技術(shù)近年來發(fā)展十分迅速,具有全天時、全天候、主動非接觸式對目標進行真三維測量的優(yōu)勢,被廣泛應用于森林參數(shù)的定量測量和反演中。為了準確反演LAD,本文建立了基于地基LiDAR數(shù)據(jù)的葉片點云提取新算法,利用體元化的冠層分析法反演了基于地基與機載LiDAR數(shù)據(jù)的單木與闊葉林冠層LAD;并通過對比分析,提出了LAD曲線重構(gòu)的方法,消除掃描盲區(qū)對葉面+積密度反演的影響。主要工作及結(jié)論如下:(1)葉片提取算法研究:基于葉片點云和非光合組分點云在法向量上的差異提出了鄰域內(nèi)點云法向量差分法,并對本文實驗獲取的兩棵木蘭樹地基LiDAR點云進行了葉片點云提取,通過采樣分析和目視檢查對分割結(jié)果進行驗證,兩棵木蘭樹的葉片提取率分別為86.53%和84.63%。(2)單木與闊葉林LAD反演:基于單木木蘭地基LiDAR數(shù)據(jù)對基于體元的冠層分析法(Voxel-based Canopy Profiling,VCP)LAD反演模型進行了研究和驗證,探討了最佳體元大小的選擇。結(jié)果表明,體元大小設(shè)置為輸入模型點云的平均點間距時,LAD反演結(jié)果最準確,其葉面積分布曲線和冠層垂直結(jié)構(gòu)高度一致,且利用實測LAI驗證精度可達90%以上。其次,通過地形校正和數(shù)據(jù)分塊處理,將基于VCP的LAD反演模型成功應用于區(qū)域白樺林樣方的冠層LAD反演。(3)地基與機載LiDAR數(shù)據(jù)協(xié)同反演LAD:首先利用樣方角點GPS坐標結(jié)合多站點點云拼接原理和ICP算法完成白樺林樣方地基與機載LiDAR數(shù)據(jù)進行配準。實驗結(jié)果表明經(jīng)過配準處理后,地基數(shù)據(jù)與機載LiDAR數(shù)據(jù)輪廓基本重疊,兩個點集之間的平均點距小于0.2m,小于機載LiDAR數(shù)據(jù)0.5m的分辨率。其次分別以0.05 m×0.05 m×0.05 m和0.5 m×0.5 m×0.5 m的體元大小反演了白樺林樣方地基LiDAR數(shù)據(jù)和機載LiDAR數(shù)據(jù)的LAD曲線。通過對比分析,確定了各個樣方地基LiDAR與機載LiDAR掃描盲區(qū)的發(fā)生高度,并在此基礎(chǔ)上對LAD曲線進行重構(gòu),得到樣方的最終LAD曲線,消除了掃描盲區(qū)對LAD反演的影響。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S718.5;TN958.98
【圖文】：

圖 2-2 Leica ScanStation C10 掃描系統(tǒng)表 2-1 Leica ScanStation C10 掃描系統(tǒng)主要參數(shù)LiDAR 傳感器：Leica ScanStation C10532nm 視場角范圍 水平：4.5 mm/0~50 m 標靶獲取精度 50,000 p/s 測量范圍 間距最小間隔<1 mm 點位精度 雷達大地投影坐標系作為點云數(shù)據(jù)的坐標系統(tǒng)，通過結(jié)合飛行高度、掃描角度、激光雷達傳系統(tǒng)）得到的激光發(fā)射方向計算得出[34]。

圖 2-3 機載激光雷達工作原理[34]的系統(tǒng)組成較地基 LiDAR 更加復雜，除飛行平臺統(tǒng)主要由激光掃描系統(tǒng)、定向定位系統(tǒng)以及監(jiān)視系統(tǒng)主要指 LiDAR 傳感器。定向定位系統(tǒng)由慣性統(tǒng)（差分 GPS）組成，可用于確定機載 LiDAR 系態(tài)。監(jiān)視及控制系統(tǒng)主要在機載 LiDAR 工作過程傳感器、GPS、IMU 等部件的狀態(tài)和飛行軌跡等統(tǒng)還會同時配置如CCD照相機等其他類型的數(shù)的多光譜數(shù)字影像[28,34-37]。 機載遙感綜合觀測平臺中國林業(yè)科學研究院資源信息研究所引進的國內(nèi)、推掃式高光譜掃描儀和高分辨率 CCD 相機三種。該平臺主要包括 LMS-Q680i 全波形機載 Li

圖 2-4 傳感器集成側(cè)視圖[38]①是與其他傳感器固定的 IMU 模塊儀傳感器。③是激光掃描儀，位于高光譜掃描儀旁邊的高清 CCD 相機-Q680i 是一款由 Riegl 公司生產(chǎn)的全波形 LiDAR形信息，允許在數(shù)據(jù)采集和之后的離線波形分析詳細的目標參數(shù)。其激光雷達傳感器的具體參數(shù)表 2-2 LiCHy 系統(tǒng)主要參數(shù)LiDAR 傳感器：Riegl LMS-Q680i 1550nm 激光發(fā)散角 度 3ns 掃描角范圍 400KHz 最大掃描速度 1 ns 垂直精度

【參考文獻】

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本文編號：2799195