本文關(guān)鍵詞： 無人機(jī)攝影測(cè)量 Lidar 草地冠層高度 蓋度 生物量　出處：《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院》2016年博士后論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：精確、實(shí)時(shí)、小范圍的草地冠層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),如高度和蓋度,對(duì)監(jiān)測(cè)局部的草地健康狀況和產(chǎn)草量至關(guān)重要,也可為大范圍的衛(wèi)星遙感產(chǎn)品檢校提供驗(yàn)證數(shù)據(jù),以取代或減少成本日益上漲的地面工作量。然而,傳統(tǒng)的遙感技術(shù),如基于衛(wèi)星植被指數(shù)的光學(xué)遙感,只能反映草地的蓋度信息,不能有效探測(cè)草地冠層高度,因而在生物量反演時(shí)會(huì)遭遇嚴(yán)重的飽和問題。近年來,成本低、操作靈活的小型民用無人機(jī)(l0kg)不斷涌現(xiàn),加之適合無人機(jī)攜帶的光學(xué)相機(jī)和激光雷達(dá)(Lidar)傳感器成本不斷下降,使得無人機(jī)遙感在環(huán)境監(jiān)測(cè)、抗震救災(zāi)等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要作用,并且大有取代傳統(tǒng)航空遙感的趨勢(shì)。然而,單幅無人機(jī)影像的覆蓋范圍通常較小,需要鑲嵌數(shù)千張影像才能覆蓋一塊較大范圍的草原(1 km2),因而對(duì)無人機(jī)影像的鑲嵌效率和智能化程度有很高要求。本研究提出一種基于矢量房屋數(shù)據(jù)的無人機(jī)遙感影像鑲嵌算法,提高了影像鑲嵌效率和效果。該方法從房屋間的中間線網(wǎng)絡(luò)中尋找鑲嵌線,對(duì)草原地區(qū)的海量無人機(jī)影像快速鑲嵌有一定啟示意義,也為未來基于無人機(jī)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的草地冠層高度、蓋度和生物量反演打下基礎(chǔ)。此外,草原的非生長(zhǎng)季通常占全年3/4以上,草地冠層高度較低(通常50cm),且特征點(diǎn)較少,這些因素都在一定程度上限制了無人機(jī)光學(xué)遙感技術(shù)在草原生態(tài)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。為此,本研究還以呼倫貝爾草原站肉牛放牧平臺(tái)為研究對(duì)象,提出一套基于無人機(jī)Lidar技術(shù)的草層高和蓋度提取方法,并結(jié)合提取的草層高和蓋度對(duì)地上生物量進(jìn)行了精確反演。該技術(shù)不依賴太陽光照、植被葉綠素和水分含量,無需特征點(diǎn)匹配,且能同時(shí)獲取草地冠層高度和蓋度,因而在樣地尺度的非生長(zhǎng)季草地生物量反演方面有光學(xué)遙感難以比擬的優(yōu)勢(shì)。在反演冠層高度、蓋度和生物量的基礎(chǔ)上,還評(píng)估了飛行高度和地理誤差對(duì)Lidar反演精度的影響,并據(jù)此提出了一套針對(duì)草地生物量反演的Lidar實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本文的主要結(jié)論如下：1.基于矢量房屋數(shù)據(jù)的無人機(jī)影像鑲嵌算法,能顯著提高影像鑲嵌效率和效果。實(shí)驗(yàn)表明,與基于矢量道路的鑲嵌線選擇方法相比,該方法會(huì)少穿越10-40%的房屋；且與目前公認(rèn)效果最好的基于Dijkstra算法的鑲嵌線選擇方法相比,該方法能少穿越1-15%的房屋,并節(jié)約80-90%運(yùn)算時(shí)間。該方法對(duì)草原地區(qū)的海量無人機(jī)影像鑲嵌的啟示意義在于充分利用已有的多源矢量數(shù)據(jù)構(gòu)建鑲嵌線,進(jìn)而加快鑲嵌效率。對(duì)飛行頻率較高的區(qū)域,如草原站,可利用的多源矢量數(shù)據(jù)包括：歷史鑲嵌線數(shù)據(jù)和可矢量化對(duì)象,如道路、房屋、圍欄邊界、設(shè)施用地等。2.雖然Lidar提取的草地冠層高度和蓋度存在明顯的低估現(xiàn)象,尤其是覆蓋度較高的地方,然而地上生物量與Lidar提取的草層高和蓋度存在高度相關(guān)(決定系數(shù)R20.476,均方根誤差RMSE 120.7 g/m2)。組合使用Lidar提取的草層高和蓋度能夠精確反演生物量(R2=-0.784,RMSE=108.9 g/m2,占最大生物量的比例RMSE%=18.6%)。3.飛行高度對(duì)草層高反演影響較小,但對(duì)蓋度和數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)影響很大,必要時(shí)需降低飛行高度。樣方和Lidar數(shù)據(jù)中心點(diǎn)的坐標(biāo)不匹配對(duì)Lidar參數(shù)反演精度的影響也較大。如,當(dāng)使用時(shí)差差分全球定位系統(tǒng)RTK GPS且搜索直徑在4m以內(nèi)時(shí),反演平均草層高與實(shí)測(cè)值間的R2比使用手持GPS時(shí)大0.033,RMSE則比使用手持GPS時(shí)小0.629 cm。建議：(1)使用實(shí)時(shí)差分全球定位系統(tǒng)(RTK GPS)測(cè)量樣方的地理坐標(biāo)；(2)合理選擇Lidar數(shù)據(jù)的采樣窗口也能夠減少坐標(biāo)不匹配對(duì)Lidar參數(shù)反演精度的影響。推薦的Lidar數(shù)據(jù)采樣窗口邊長(zhǎng)為樣方和Lidar數(shù)據(jù)之間較大的坐標(biāo)RMSE值。將來的工作包括：1.對(duì)提出的基于矢量房屋數(shù)據(jù)的影像鑲嵌算法進(jìn)行改進(jìn),使其適用于草原地區(qū)影像鑲嵌,并開展基于無人機(jī)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的草地冠層高度、蓋度和生物量反演研究。2.嘗試采用波長(zhǎng)更短、發(fā)散角更小的Lidar系統(tǒng),開展草地冠層高度、蓋度、生物量反演研究,并確定適合不同蓋度的最佳飛行高度。3.發(fā)展基于星載SAR、高光譜、多光譜數(shù)據(jù)的草地生物量反演方法,并利用無人機(jī)遙感反演結(jié)果對(duì)其檢校,實(shí)現(xiàn)對(duì)草原全天候、全天時(shí)、多尺度監(jiān)測(cè)。
[Abstract]:In recent years , there is a great demand for remote sensing image mosaic based on vector house data . Compared with the method of mosaic line selection , which is the best known result , the method can reduce the building with less than 1 - 15 % and save 80 - 90 % of operation time . The method can make full use of the existing multi - source vector data to construct the mosaic line , thus speeding up the mosaic efficiency . It is suggested that : ( 1 ) Use real - time difference global positioning system ( RTK GPS ) to measure sample ' s geographic coordinates ; ( 2 ) To use real - time difference global positioning system ( RTK GPS ) to measure the geographic coordinates of sample square .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士后
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S812;S818.9

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李峰;崔希民;劉小陽;衛(wèi)愛霞;吳燕雄;;機(jī)載LIDAR點(diǎn)云定位誤差分析[J];紅外與激光工程;2014年06期

2 梁曉文,劉宗岐,陳宜金;基于夾角變化趨勢(shì)的多邊形自動(dòng)搜索和生成算法[J];中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào);2005年06期

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本文編號(hào)：1450582