多时相机载激光雷达人工林点云匹配及生长监测

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rongerxingfu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
人工林资源的精准监测是提升人工林培养质量、可持续经营管理水平及准确估测人工林碳储量的前提。使用机载激光雷达可获取高精度的森林冠层结构信息,在同一森林区域获取多期激光雷达点云是有效实现人工林资源动态监测的基础。然而,由于激光雷达设备是一种精密仪器,在使用过程中受到系统误差、天气原因等影响,将不可避免地导致不同时期获取同一森林区域的点云坐标存在偏差,需要对多期激光雷达点云进行精确配准后,才能精确实现人工林资源动态监测。同时,随着无人机设备的快速发展,无人机载激光雷达技术日益成熟。使用无人机载激光雷达采集森林数据成本低、易操作,且获取的点云密度高、能获取更高精度的森林结构信息,大大降低了人工林资源数据的获取难度和成本。但在获取数据后,目前仍以人力为主对人工林资源进行动态监测,影响了人工林资源监测的总体进程。因此,开发适用于人工林的资源监测系统能有效提高人工林数据处理效率,加快人工林资源动态监测进程,对提升人工林培养质量、可持续经营管理水平具有重要意义。鉴于此,本文的主要创新和贡献如下:(1)针对人工林树种单一、排列规整,缺乏纹理特征等特点,基于树木的相对空间关系,创建了一种高鲁棒性的多期机载激光雷达人工林点云匹配算法:首先,利用地面点进行z轴配准,并对两期点云进行单木分割,获取树位置和高度信息,并根据树木水平及垂直方向的相对关系提取单木匹配特征;其次,建立合适的相似度函数,结合单木匹配特征构造加权二分图模型,并使用最大权匹配算法得到两期树木对应关系;最后,使用奇异值分解求解最优变换矩阵,完成配准。配准完成后,根据设置的距离阈值将两期树木重新进行配对,并根据单木高度信息计算树高变化。通过在江苏省沿海典型人工林研究区(主要树种为杨树和水杉)进行试验验证,结果表明:所创建的匹配算法在水杉和杨树的典型样地中配准效果均较好,配准精度满足林业需要,其中水杉样地(配准后RMSE=42.5cm)配准结果优于杨树样地(配准后RMSE=58.8cm)。该算法能够有效提升多期机载激光雷达人工林点云的匹配精度。(2)以Pycharm为开发平台,使用Python语言,Py Qt5工具包和Open3d工具包开发了适用于人工林的点云匹配和变化监测系统。对系统进行可行性分析、需求分析和总体设计后,首先设计了数据处理模块,包含点云去噪和坐标转换功能,能对获取的人工林点云数据进行数据预处理;其次设计了点云可视化功能,能分析数据处理结果以及配准结果;然后设计了点云配准功能,使用此功能完成两期人工林点云的精确配准,配准完成后,可使用变化监测功能分析两期人工林单木树高变化。经测试,该系统各功能运行良好,满足人工林资源监测需求。该系统能有效提高人工林资源监测效率,节省人力物力,对科学管理和培育人工林具有重要意义。
其他文献
<正>2017年,《雄安规划纲要》在城市智慧化管理领域上提出“坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设,适度超前布局智能基础设施,打造全球领先的数字城市”的政策。舟山市、西咸新区、重庆市、长三角一体化示范区等地纷纷响应、参考采用数字孪生城市的建设理念和模式,先后制定智慧城市顶层设计和规划,以数字孪生城市为导向推进智慧城市建设。
期刊
高光谱技术是20世纪末迅速发展起来的一种全新遥感技术,能够在紫外、可见、红外区域同时获取目标图像以及图像上每个像素点的光谱数据。通过测量植被病虫害感染引起的光谱反射率及其相关特征参数的改变,可进行大规模植物病虫害发生动向、病情监测和预警。松萎蔫病是影响我国森林生态最严重的国际性林业检疫对象,也是世界各国严密防范一种的森林毁灭性病害,其传播范围广、发作速度快且致死率高。尽早发现和治理对减小松萎蔫病造
学位
“积极的受众”是一种人本位的研究视角,它关注处于弱势和被动地位的农民,关注农民的发展、农民的生存和生活环境、农民的品格修养和素质,注重对农民能力的提升,以及对农民生活环境的改善。农民新媒介素养和“积极的受众”是不谋而合的:以农民自身的发展推动乡村振兴整体环境战略的实施。本研究正是基于新媒介素养语境下“积极的受众”理论,细化新媒介素养的指标,对新疆南疆地区S镇的6个村庄进行问卷发放,勾勒出农民新媒介
学位
随着集成电路制造工艺水平的不断提高,其尺寸已缩小至纳米范围内,在这个尺寸级别下,量子效应对器件的可靠性、功耗等性能均产生一定程度的影响,根据摩尔定律的预测,集成电路已经面临巨大的挑战。而伴随着二维材料石墨烯的发现,给集成电路现存的瓶颈问题在“后摩尔时代”指明了新的方向。由于二维材料的低维特性使得其表现出丰富优异的电学、磁学、力学、光学等物理性质,其中铁磁性在信息存储、逻辑器件和数据处理等方面有着广
学位
随着科技飞速发展,信息技术不断跨越,高质量的人类生活对拍摄视频的需求更大、传输视频的速度要求更快、存储视频的空间需求更多,爆炸式增长视频数据需要行之有效的管理、分析和处理的方法。视频理解顺应时代的需求应运而生。视频理解通过智能技术,自动地对视频内容进行识别和解析。视频理解主要涉及三大方面:动作识别(Action Recognition)、时序动作定位(Temporal Action Localiz
学位
单木形态结构的可视化表达技术对精准的林业管理具有重要的理论意义和应用价值。树木的生长环境复杂,在自然环境中,树木之间枝叶交叉重叠,单木分割以及可视化仍然是一个具有挑战性的课题。本文利用地基激光雷达获取了两片人工林和一片校园行道树点云数据,先从区域点云中分割出单株树点云,接着提取出单棵树的骨架,从而在骨架的基础上建立树木的三维模型。本文的主要研究内容如下:(1)针对森林环境复杂且资源调查难度大的问题
学位
林业资源作为人类的重要自然资源之一,一直以来都是研究的热点。冠层作为植物最先接触到外界气体环境与光照的部位,为植物研究提供参照根据。植物冠层的孔隙率(Gap fraction,GF)是描述冠层结构的重要指标,它决定了光向冠层下层的传输,是影响光和气流通过树冠传输的重要属性。现有的基于半球照片(GFimg)和光学传输模型(GFlight)的树冠孔隙率估计方法,忽略了构成树冠的包括枝干和叶子的自然形态
学位
期刊
报纸
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)因其体积小、低功耗和部署范围广等特点,在军事、科研、民生等领域都有众多应用。在WSN中,传感器节点负责数据的收集与传输,但由于节点尺寸普遍较小,电池能量不足以维持网络的长时间运行。在较为恶劣的部署环境下,一旦这些电池能量耗尽,则节点将无法工作,最终被迫休眠死亡。因此,延长WSN的生存周期,解决能量受限的问题显得更加迫切。本文研
学位