解決方案丨天空地一體化森林資源調查

一、建設背景

森林資源是國家重要的自然資源和戰略資源，是林業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎，是建設生態(tài)文明的根本保障。自然資源部發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展2021年度全國森林資源調查監測工作的通知》，要求以第三次全國國土調查成果為唯一底版，準確查清全國及各?。▍^、市）2021年度森林資源現狀數據，推進(jìn)構建全國統一的森林資源調查監測工作體系，為實(shí)現碳達峰、碳中和的戰略目標提供數據服務(wù)，為生態(tài)文明建設目標評價(jià)考核提供科學(xué)依據。

當前，森林資源調查監測方法主要為衛星遙感、航空遙感和實(shí)地調查三種，利用遙感技術(shù)可以大范圍、及時(shí)、準確地調查森林資源并監測森林變化。飛燕遙感運用多源遙感技術(shù)開(kāi)展森林資源調查監測工作，可以快速、大范圍、高精度地為森林資源調查監測提供服務(wù)。

二、解決方案

（一） 總體思路

針對森林資源調查監測地特點(diǎn)，飛燕遙感依托公司五甲測繪資質(zhì)、自研8.8億像素航空集成多傳感器航攝儀AIMS、多臺先進(jìn)數碼/機載激光雷達/傾斜航攝儀、無(wú)人機、三維激光掃描儀，基于二十年測繪地理信息領(lǐng)域數據獲取、處理及應用經(jīng)驗，提出天空地一體化森林資源監測方案——綜合運用衛星遙感、機載激光雷達掃描、無(wú)人機航測、實(shí)地調查等方式，從多個(gè)維度，針對森林資源調查、森林火災監測、森林病蟲(chóng)害監測等方面，推進(jìn)森林資源調查監測工作順利開(kāi)展，為生態(tài)文明建設提供技術(shù)支持。

（二）技術(shù)方案

利用天（衛星遙感）+空（機載激光雷達掃描）+地（實(shí)地調查）一體化監測體系，針對森林資源調查、森林火災監測、森林病蟲(chóng)害防治、森林冠層高度模型制作等業(yè)務(wù)需求，全方位實(shí)施森林資源調查監測。

1. “天”：基于衛星遙感技術(shù)的森林資源調查監測

飛燕遙感作為國內高分辨率衛星數據代理商，可為用戶(hù)提供0.5m分辨率衛星影像、亞米級普通光學(xué)影像、多譜段多光譜影像等遙感數據產(chǎn)品，以及圖像處理、遙感解譯和基于衛星數據的解決方案。在森林調查領(lǐng)域，支持森林資源調查、森林火災監測、森林病蟲(chóng)害監測等服務(wù)。

●森林資源調查

森林資源調查是利用多源多時(shí)相遙感數據、地形數據、森林物候特征等基礎數據，基于多源、多時(shí)相衛星遙感數據，提取遙感影像中的土地利用類(lèi)型、樹(shù)種類(lèi)型以及多時(shí)相影像間的森林類(lèi)型變化信息。

樹(shù)種識別

●森林火災監測

森林火災監測是森林資源保護的重要業(yè)務(wù)，通過(guò)森林火點(diǎn)在遙感影像短波紅外、熱紅外波段的光譜特征，快速識別森林火點(diǎn)，為森林火災監測預警業(yè)務(wù)提供支持。

森林火點(diǎn)提取

●森林病蟲(chóng)害監測

森林病蟲(chóng)害是林業(yè)有害生物源之一，常見(jiàn)的包括松毛蟲(chóng)、天牛、白蛾等病蟲(chóng)害。利用多時(shí)相衛星遙感影像，根據感染病蟲(chóng)害樹(shù)木與正常樹(shù)木在影像上的明顯光譜差異，普查疑似病蟲(chóng)害區域。針對衛星遙感提取的疑似病蟲(chóng)害區域和抽查的小班，采用無(wú)人機航測進(jìn)行詳查。實(shí)現全面、準確、迅速監測管理病蟲(chóng)害，及時(shí)準確發(fā)布病蟲(chóng)害預警信息，有效指導病蟲(chóng)害防控。

基于衛星影像提取疑似病蟲(chóng)害區域

      基于無(wú)人機影像提取疑似病蟲(chóng)害區域

2. “空”：基于機載激光雷達技術(shù)的森林資源調查監測

飛燕遙感依托公司五甲測繪資質(zhì)、自研8.8億像素航空集成多傳感器航攝儀AIMS、200萬(wàn)赫茲機載激光雷達掃描儀RIEGL VQ 1560i、無(wú)人機等優(yōu)勢，在森林資源調查領(lǐng)域，可為用戶(hù)提供森林點(diǎn)云數據獲取、處理、分類(lèi)，以及森林數字表面模型DSM、數字高程模型DEM、冠層高度模型CHM制作等服務(wù)。

●點(diǎn)云數據獲取

激光雷達是一種新興的主動(dòng)遙感技術(shù)，能夠在多時(shí)空尺度上獲取森林生態(tài)系統高分辨率的三維地形、植被結構參數、葉面積指數等參數。一般按照承載平臺的不同，分為星載、機載和地面激光雷達。

針對大面積森林資源調查監測，通常采用機載激光雷達方式進(jìn)行數據獲取。機載激光雷達系統以有人機或無(wú)人機為搭載平臺，搭載的主要載荷包括激光傳感器、GNSS接收機、慣導系統（IMU）等，在數據獲取前，需預先確定機載激光雷達航攝儀的飛行范圍，明確飛行方向、航高、飛行速度、點(diǎn)云密度等參數。

原始點(diǎn)云

真實(shí)彩色點(diǎn)云

●點(diǎn)云數據預處理

點(diǎn)云數據預處理包括對航空攝影所獲取的激光點(diǎn)云、POS數據和地面基站等原始數據進(jìn)行解壓、差分、POS數據解算、激光檢校、點(diǎn)云數據生成、點(diǎn)云數據坐標轉換、點(diǎn)云數據姿態(tài)校正、點(diǎn)云數據噪聲點(diǎn)剔除、航帶間接邊等處理，以獲得能夠滿(mǎn)足后期數據處理及產(chǎn)品制作要求的點(diǎn)云數據。

●點(diǎn)云分類(lèi)

對預處理后的點(diǎn)云進(jìn)行分類(lèi)，將其分為地面點(diǎn)、植被點(diǎn)、非植被點(diǎn)。

點(diǎn)云分類(lèi)后的地面點(diǎn)（棕色）、建筑物點(diǎn)（紅色）、植被點(diǎn)（綠色）

●數字表面模型（DSM）制作

數字地表模型（Digital Surface Model，DSM）是指包含了地表建筑物、橋梁和樹(shù)木等高度的地面高程模型。

以分類(lèi)點(diǎn)云中所有地表點(diǎn)以及地表之上的植被、建筑物、構筑物等自然及人工地物表面形態(tài)上的點(diǎn)均作為特征點(diǎn)，并以帶有高程信息的面狀水域范圍線(xiàn)作為特征線(xiàn)，構建并輸出數字表面模型（DSM）產(chǎn)品。

基于激光點(diǎn)云生成的DSM

●數字高程模型（DEM）制作

數字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是通過(guò)有限的地形高程數據實(shí)現對地面地形的數字化模擬（即地形表面形態(tài)的數字化表達），是利用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型

在DSM的基礎上，濾除地表之上的植被、建筑物、構筑物等自然及人工地物表面形態(tài)上的點(diǎn)，帶有高程信息的面狀水域范圍線(xiàn)作為特征線(xiàn)，參與數字高程模型（DEM）產(chǎn)品的構建與輸出。

基于激光點(diǎn)云生成的DEM

●冠層高度模型（CHM）制作

森林冠層高度模型（Canopy Height Model，CHM）是一個(gè)表達植被距離地面高度的表面模型，通?；跀底直砻婺Ｐ?a href='http://dgxinou.com/article/372.html' target='_blank' title='DSM'>DSM以及數字高程模型DEM，通過(guò)CHM = DSM–DEM，生成CHM。

基于激光點(diǎn)云生成的DSM、DEM、CHM模型

3. “地”：實(shí)地調查監測

根據森林資源調查監測區域范圍大小設置若干塊小樣地進(jìn)行人工實(shí)測，按照森林資源調查規范，對樣地范圍內的立木進(jìn)行測量，主要測量指標為胸徑、樹(shù)高、枝下高和冠幅。