[发明专利]一种基于激光雷达的林窗立体结构量测方法

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达的林窗立体结构量测方法，步骤1：激光雷达数据的获取步骤以及预处理步骤；所述的激光雷达数据是指由固定翼飞机或无人机搭载激光雷达仪获取遥感数据；每一个激光点的数据包括X，Y，Z坐标数据以及回波强度数据；步骤2：林冠层数据的处理步骤；步骤3：林窗识别步骤；步骤4：林窗立体结构测量步骤；该基于激光雷达的林窗立体结构量测方法易于实施，不受调查地林分类型和地面状况的影响，能快速、准确、大范围、多维度测量林窗结构。

技术领域

本发明涉及一种基于激光雷达的林窗立体结构量测方法。

背景技术

林窗(canopy gap)指森林群落中主林层受人为干扰(择伐)或自然干扰(大风、雪、水灾、泥石流、虫害等灾害)在林冠层形成的不连续的林中空隙，是促进森林植被更新的重要空间。林窗研究作为森林生态学重要内容之一，具有重要的理论和实践意义。

林窗立体结构的测量是林窗研究的基础，林窗立体结构主要包括林窗面积、林窗形状和林窗边缘木高度。现阶段林窗测量方法可分为两类：一是基于实地测量的直接法，二是基于摄影技术或遥感的间接法。

基于实地测量的直接法，主要包括椭圆法、等角多边形、等角椭圆扇形法和三角形法等，基本思路是将单个林窗近似分割成多个同类型的几何形状，然后将多个几何形状面积求和以实现林窗总面积的估测。直接法费时费力，受外界因素影响大，精度也不高，只能估测林窗的面积，不能测量林窗形状和边缘木高度。基于摄影技术或遥感的间接法，主要包括基于摄影技术的平面相片法和半球面影像法，以及基于遥感技术的航片法。基于摄影技术的间接法采用装配普通镜头或鱼眼镜头在林窗内同一位置不同高度处垂直向上拍摄的2张影像(2次拍摄的方位角相同)，根据镜头投影原理和2次拍摄点的高差测量林窗立体结构。该类方法具有客观、精度较高以及可重复的优点，但对测量人员的摄影技术要求较高，特别是涉及鱼眼镜头的影响因素较多。

航片法采用航天或航空光学遥感影像，根据数字图像处理技术勾勒或识别林窗边缘，达到测量林窗的目的。航片法最大的优点是能在景观尺度上快速识别和测量森林中大量林窗的面积，但不能获取林窗立体结构特征，由于受部分冠层阴影的影响，航片法通常对小林窗的测量精度不高。

因此，有必要设计一种新的基于激光雷达的林窗立体结构量测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于激光雷达的林窗立体结构量测方法，该基于激光雷达的林窗立体结构量测方法易于实施。

发明的技术解决方案如下：

一种基于激光雷达的林窗立体结构量测方法,其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：激光雷达数据的获取步骤以及预处理步骤；

所述的激光雷达数据是指由固定翼飞机或无人机搭载激光雷达扫描仪获取遥感数据；

每一个激光点的数据包括X，Y，Z坐标数据，以及回波强度数据；

预处理步骤如下：(1)读取激光点云原始数据(LAS格式)，获取每个点云的x轴数值、y轴数值、z轴数值、回波强度。(2)设定投影坐标系为墨卡托投影(UTM)方式，参考椭球为WGS84，投影带号T由调查地区的中央经度换算得到。(3)采用基于数据本身的航带间重叠区误差分析，提高点云数据定位精度，并修正航带的变形，其次，对各航带数据进行系统误差消除，使航带间平均高程差值在-2～2厘米之间。

步骤2：林冠层数据的处理步骤；

步骤3：林窗识别步骤；

步骤4：林窗立体结构测量步骤。

步骤2包括获取CHM、CSM和CPI数据的步骤；

所述的CHM是指冠层高度模型，CSM是指冠层梯度模型，CPI是指林冠空隙模型。