基于地基激光雷达数据的单木与阔叶林叶面积密度反演

发布时间：2017-03-26 15:04

  本文关键词：基于地基激光雷达数据的单木与阔叶林叶面积密度反演，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：叶面积密度是表征冠层内部叶面积垂直分布的重要参数,其分布廓线的准确反演对研究植被碳氮循环、初级生产力和生物量估算等具有重要意义。地基激光雷达作为一种新型的测绘技术,其光斑小,具有快速、高效、强穿透性、高密度等特点,能够为植被冠层叶面积密度反演提供三维结构数据信息。如何利用地基激光雷达数据快速、准确地反演叶面积密度已成为人们研究的热点。本文在电子科技大学校园内,选择阔叶树(玉兰)为研究对象,利用地基激光雷达获取的点云数据和真彩色影像,提出了一种快速叶面积密度反演的方法,其主要工作及结论如下:(1)数据获取及预处理:基于三维激光扫描基础理论,利用Leica ScanStation C10激光扫描系统,研究外业实验数据的采集方法,进行单棵树和阔叶林数据的采集;并结合仪器性能特点,研究了多测站点云数据的拼接及去噪处理方法。(2)单棵树叶面积密度反演:研究利用法线差分算子(Difference of Normals,DoN)进行叶片点云与枝干点云的分离方法,并进行了尝试,结果发现此方法对结构简单的单棵树有一定的适用性;研究基于体元的冠层分析法(Voxel-based Canopy Profiling,VCP)及三维体元模型构建方法,并利用单棵树叶片点云数据分别计算每个水平厚度层的接触频率、叶倾角校正因子及垂直投影面积,从而实现单棵玉兰树叶面积密度分布提取,结果发现体元大小、水平层厚度是影响叶面积密度值反演的两个重要因素;以0.05 m×0.05 m×0.05 m为体元大小,0.5 m为水平层厚度提取的叶面积密度垂直分布与树叶片点云垂直分布趋势总体上一致,在冠层中下部分随着高度的增加,叶面积密度增加,在3.5米高度处,达到最大为0.88m2/m3,之后随着高度的增加,叶面积密度逐渐降低。(3)阔叶林叶面积密度反演:研究利用激光雷达系统获取的真彩色照片,运用图像分类和点云着色进行叶片点云提取的方法,并对阔叶林数据进行了尝试,结果发现此方法适于阔叶林叶片点云提取;利用阔叶林叶片点云数据进行叶面积密度反演,结果发现以0.1 m×0.1 m×0.1 m为体元大小,0.5 m为水平层厚度提取的阔叶林叶面积密度垂直分布与阔叶林叶片点云垂直分布趋势总体上一致,在冠层中下部分随着高度的增加,叶面积密度增加,在4米高度处,达到最大为1 m2/m3,之后随着高度的增加,叶面积密度逐渐降低,根据阔叶林叶面积密度分布计算的累积叶面积指数为3.20 m2/m2,比地面实测的叶面积指数高0.04 m2/m2。
【关键词】：地基激光雷达 叶面积密度 VCP 单木冠层 阔叶林冠层
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S758;P237
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究意义和目的10-11
• 1.2 叶面积密度测量方法国内外研究进展11-14
• 1.2.1 直接测量法的研究进展11
• 1.2.2 间接测量法的研究进展11-14
• 1.3 主要研究内容14-15
• 1.4 主要技术路线15-17
• 1.5 论文组织结构17-18
• 第二章 地基激光雷达技术及数据采集与预处理18-34
• 2.1 地基激光扫描技术18-22
• 2.1.1 地基三维激光扫描仪的系统组成18
• 2.1.2 地基三维激光扫描仪的工作原理18-19
• 2.1.3 地基三维激光扫描技术特点及应用19-21
• 2.1.4 Leica Scantation C10扫描仪21-22
• 2.2 地基激光雷达外业数据采集22-25
• 2.2.1 外业数据采集流程及注意事项22-23
• 2.2.2 地基激光雷达采集单棵树数据23-24
• 2.2.3 地基激光雷达采集阔叶林数据24-25
• 2.3 地基激光雷达内业数据预处理25-33
• 2.3.1 Cyclone数据处理软件26-27
• 2.3.2 点云拼接27-32
• 2.3.3 点云去噪32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 单棵树叶面积密度反演34-55
• 3.1 叶片点云提取算法研究35-41
• 3.1.1 DoN法线差分算子36-37
• 3.1.2 法向量估计37-41
• 3.2 三维体元模型构建41-42
• 3.3 叶面积密度反演模型研究42-45
• 3.3.1 叶倾角校正42-44
• 3.3.2 接触频率计算44-45
• 3.3.3 叶面积密度计算45
• 3.4 单棵树叶面积密度反演实例45-54
• 3.4.1 单棵树叶片点云提取结果及分析46-48
• 3.4.2 单棵树叶面积密度反演结果48-51
• 3.4.3 单棵树叶面积密度反演结果误差分析51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 阔叶林叶面积密度反演55-68
• 4.1 阔叶林叶片点云提取方法研究55-60
• 4.1.1 最大似然分类法56-59
• 4.1.2 点云着色59-60
• 4.2 阔叶林叶片点云提取结果60-62
• 4.3 阔叶林叶面积密度反演结果62-64
• 4.3.1 叶倾角62
• 4.3.2 接触频率和校正因子62-64
• 4.3.3 叶面积密度64
• 4.4 阔叶林叶面积密度反演结果验证与误差分析64-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 主要结论68-69
• 5.2 研究展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-76
• 攻硕期间取得的研究成果76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李欣;周佳玮;刘正国;胡震天;;三维激光扫描技术在船体外形测量中的试验性研究[J];测绘信息与工程;2006年06期

2 Nguyen Tien Thanh;刘修国;王红平;于明旭;周文浩;;基于激光扫描技术的三维模型重建[J];激光与光电子学进展;2011年08期

3 庞勇;赵峰;李增元;周淑芳;邓广;刘清旺;陈尔学;;机载激光雷达平均树高提取研究[J];遥感学报;2008年01期

4 董明晓,郑康平;一种点云数据噪声点的随机滤波处理方法[J];中国图象图形学报;2004年02期

5 刘峰;杨志高;龚健雅;;利用机载激光雷达的林木识别与参数反演[J];中国农学通报;2012年01期

6 李旺;牛铮;高帅;覃驭楚;;机载激光雷达数据分析与反演青海云杉林结构信息[J];遥感学报;2013年06期

  本文关键词：基于地基激光雷达数据的单木与阔叶林叶面积密度反演，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：268956