[发明专利]一种基于无人机影像点云的人工林单木提取及立地质量评价的方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机影像点云的人工林单木提取及立地质量评价的方法，属于森林资源管理技术领域。首先借助无人机搭载多光谱相机采集多光谱相片，应用SFM技术对带有坐标信息的无人机相片进行匹配生成摄影测量点云，对摄影测量点云进行处理获得归一化的点云数据；然后采用基于归一化点云的PCS方法对人工林进行单木提取并进行精度验证；最后，通过优势木平均高并结合样地基准年龄，编制地位级指数表，对人工林进行立地质量评价。本发明可应用在森林资源监测、生态因子调查及生物多样性研究等领域，并可掌握森林树种资源分布及动态变化，对于森林的经营管理、生态环境保护及气候变化方面具有重要意义。

技术领域

本发明属于森林资源管理技术领域，具体涉及一种基于无人机影像点云的人工林单木提取及立地质量评价的方法。

背景技术

立地质量的评价是实现人工林科学、精准培育的重要的应用技术基础。对立地质量的评价为选择较优造林树种、制定适宜的人工林培育措施、预估木材产量提供了基础，同时，在森林经营时分类制定经营策略、根据森林经营效益预估育林投资做出估计也需要高效和精确的森林立地质量评价。传统的评价立地质量的方法往往需要大量的人工调查，很难及时、高效地测定森林信息，且在样本量上存在一定的局限性，而快速发展的遥感技术能够满足森林高效、科学培育的需求。运用无人机平台搭载传感器是一种近年来快速发展的高精度遥感技术，无人机平台搭载高分辨率相机组成的无人机摄影测量系统相比于机载数据和激光雷达数据在获取的成本上相对较低，可以在低海拔进行低速飞行，采集高分辨率的影像，从而收集森林的近地数据。同时使用无人机搭载相机的无人机摄影测量系统可以高效精准的获取丰富的林分与单木尺度的森林空间结构和类型信息，为实现林分的立地质量评价提供了有利的条件，从而为实现森林精准培育与管理提供了有效保障。

近年来，人工林单木信息提取及立地质量评价的研究为：James等2017年在《Forest Science》第63卷上发表“Site Index Models for Tree Species in theNortheastern United States”，该研究借助1999至2013年的样地调查数据，结合树高信息和年龄，编制了22个树种的立地指数表，用于评价整个森林的立地质量。杨传强等2018年在《林业资源管理》第二期上发表“山东省松类人工林立地指数表的编制与应用”，该研究采用标准地样地实测，人工获取单木数据，并运用相对优势高法，编制了山东省松类立地指数表，可用于山东省黑松、赤松人工林立地质量评价。然而，以上研究并未见全面深入比较不同树种的地位级指数。地位级指数表编制的数据来源包括固定标准地数据、临时标准地数据以及优势木数据，其中最好的数据来源为固定标准地多年连续观测数据，但传统的固定标准地数据存在采集工作量巨大，耗时费力的问题，实际工作中很难获取准确的数据；此外，基于固定标准地数据编制的地位级指数表具有典型性却缺少随机性。一般来说，胸径、树高、胸高断面积等冠层结构参数都可以作为评价立地质量的指标，但是由于树高受林分密度和间伐措施影响较小，且数据易于测量，所以实际工作中多采用树高编制地位级指数表进行立地质量的评价。以往的方法都是基于人工测量固定标准地的结果，主观性强不准确，且数据获取耗时耗力。

发明内容

针对现有技术中存在获取单木信息及立地质量评价的方法具有获取数据耗时耗力、成本过高，并有很强的主观性、不利于大面积的推广使用的问题。为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于无人机影像点云的人工林单木提取及立地质量评价的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：