数字三维森林

1.简介

激光雷达技术是近几年关于林业基础数据获取的先进手段,可以用来分析林木类型、林木分布情况、林木生长阶段概况、林木覆盖面积变化情况等。数字绿土(LiAir)机载激光雷达系统为您提供完善的林业普查激光雷达系统解决方案,快速提供林业情况的基础数据,加速对林业资源的优化管理和建设。

传统生态调查数据采集困难,能够获取的结构信息有限,而且人为主观因素对测量结果的影响大。我公司通过高精度的数据扫描,及高效的核心数据处理系统,应用我公司自主研发的林业软件LiDAR360,可以提取一系列基于激光雷达点云数据的森林参数和统计变量,包括树冠高度变量、密度变量、强度变量、郁闭度、叶面积指数和间隙率。快速反演生物量,森林蓄积量,森林覆盖率;了解其疏密程度以及不同树龄树木的情况、推算不同树种数量;获取森林地面DEM,实现森林结构参数自动提取以及三维场景重建,用于林业的监控与管理。

2.原理

      2.1 激光雷达主要原理是进行测距和测角。根据激光在空气中的传播,计算激光器到反射物的距离;同时利用角度编码器记录每一出射光线的角度。这些信号经反射、接收、记录、计算,构成三维图像。

 

通过LiAir无人机平台对树林进行数据采集

      2.2 由于激光雷达具有多次回波特性,激光脉冲在穿越植被空隙时,可返回树冠、树枝、地面等多个高程数据,有效克服植被影响,更精确探测地面真实地形 。

用LiDAR360 对树木点云信息进行单木分割和高程显示处理

3.方案优点:

3.1 北京数字绿土自主研发的无人机平台LiAir 系统专门用于林业点云数据的采集,激光雷达无人机平台与传统平台相比体积小、重量轻、集成度高,飞行时间达20分钟以上。该采集平台每秒钟最高可获得70万个点,最高可达到厘米级,获取数据量大且精度高。

3.2 作为专业的林业分析工具,LiDAR360将单木数据从整体点云中分割出来,以获得树高、树冠尺寸、树冠基部高、断面积、胸径、立木蓄积和生物量等参数,更加方便于森林资源的调查工作。

通过软硬件的搭配组合我们可以获得以下信息

  • 数据读取和可视化
  • 森林统计变量计算
  • 数据管理
  • 数字模型生成
  • 回归分析-林分尺度的森林参数提取
  • 单木分割-单木尺度的森林参数提取

4.典型案例:

下图为本公司美国“优胜美地国家公园”数字重建案例:

数字三维森林模型效果图(左:激光雷达(LiDAR)点云数据,右:生成实景图)

真实三维森林(左:实地采集照片,右:激光雷达(LiDAR)数据三维数字森林)

图B为通过激光雷达数据生成三维信息,相比图A,图B将展现的不仅是图像相似,更是提供森林所有树木的数据,以及整个森林的数据库;可以通过关闭显示树木获得林区内的精确地形DSM与DEM等信息。