多源合一新型傳感器激光雷達VQ-1560i在林業(yè)上的應用

森林資源具有分布范圍廣，種類(lèi)豐富，垂直結構復雜且易受動(dòng)態(tài)變化，受干擾性強等特征，通過(guò)一些測繪技術(shù)能對森林參數測定，但由于森林資源的特性不能滿(mǎn)足多源數據的同步獲?。?/span>

1.分布范圍廣：成像遙感技術(shù)

2.垂直結構復雜：Lidar/SAR/攝影測量

3.種類(lèi)豐富：高光譜

4.動(dòng)態(tài)變化/干擾：熱紅外、高光譜、多時(shí)相

因此，基于森林資源觀(guān)測的需求，現代林業(yè)數據獲取就需要多源數據同步獲取的技術(shù)。

那么，如何實(shí)現多源數據同步獲??？

新型傳感器激光雷達測量系統VQ-1560i能一次性快速獲取點(diǎn)云、多光譜、高光譜數據。激光雷達測量系統VQ-1560i是一臺典型的多源合一新型傳感器，雙通道全波形處理機載激光雷達測圖系統，具有：

① 真彩色相機鏡頭；

② 高光譜傳感器鏡頭;

③ 激光器

系統集成了高精度波形激光雷達、高分辨率航空數碼相機、 高光譜成像裝置和高精度的導航及姿態(tài)測量系統，通過(guò)這些設備的有機集成，實(shí)現對被測量樹(shù)木的光譜和三維空間屬性信息的高效測量。

新型傳感器激光雷達測量系統VQ-1560i一次性快速獲取點(diǎn)云、多光譜、高光譜數據：

① 高精度的飛行姿態(tài)數據

② 機載激光雷達波形數據

③ 高分辨率航空數碼影像

④ 高光譜成像儀獲取光譜數據

激光雷達點(diǎn)云數據可以實(shí)現的目的：

1.識別樹(shù)冠頂點(diǎn)、樹(shù)冠邊界、位置等屬性，

2.生成冠層高度模型（CHM),識別單木特征，

3.直接計算高度分位數、回波指數等點(diǎn)云特征量，

4.估測森林結構參數。

5.統計計算樹(shù)冠高度變量、密度變量、強度變量、郁閉度、葉面積指數和間隙率

6.快速反演生物量，森林蓄積量，森林覆蓋率；

7.通過(guò)疏密程度以及不同樹(shù)齡樹(shù)木的情況、推算不同樹(shù)種數量；

8.獲取森林地面DEM,實(shí)現森林結構參數自動(dòng)提取以及三維場(chǎng)景重建，用于林業(yè)的監控與管理

9.……

機載激光雷達數據在林業(yè)的優(yōu)勢

激光雷達（LiDAR)系統作為一種主動(dòng)遙感技術(shù)，在對地物觀(guān)測尤其是探測地物高度方面具有其他遙感手段不可比擬的優(yōu)勢。機載激光雷達測量系統VQ-1560i數字化全波形記錄雷達，可以將冠層最高點(diǎn)與地面之間往返的激光脈沖信號數字化，完整記錄激光脈沖初次和末次返程信號之間的不定時(shí)振幅，從而獲得與冠層垂直結構相關(guān)的波形。

全波形激光雷達能夠很好的定義冠層的下邊緣 (包括一部分林下冠層和立木中層），可以計算生活冠層的蓄積量，從而對林業(yè)生態(tài)進(jìn)行評估。

機載激光雷達數據可實(shí)現單木激光雷達點(diǎn)云剖面，將密集林木實(shí)現點(diǎn)云分類(lèi)為地面、灌木、樹(shù)木。

再通過(guò)高程渲染原始Lidar點(diǎn)云數據，回波次數渲染的原始Lidar點(diǎn)云數據,反射強度渲染的原始Lidar點(diǎn)云數據，分類(lèi)后的Lidar點(diǎn)云數據，能夠快速統計待砍伐樹(shù)木的樹(shù)高，冠幅，計算林木的砍伐量。

高程渲染原始Lidar點(diǎn)云數據

回波次數渲染的原始Lidar點(diǎn)云數據

反射強度渲染的原始Lidar點(diǎn)云數據

分類(lèi)后的Lidar點(diǎn)云數據

激光雷達單木邊界探測實(shí)現林木頂冠的探測，通過(guò)對單木樹(shù)冠分割。

激光雷達單木邊界探測實(shí)現林木頂冠的探測，對單木樹(shù)冠分割。通過(guò)激光雷達數據進(jìn)行單木分割的方法可分為兩種：一種是激光雷達點(diǎn)云數據生成柵格表面模型，在此基礎上進(jìn)行單木分割。二是利用歸一化后的Lidar點(diǎn)云數據，根據點(diǎn)云之間的空間結構關(guān)系和屬性信息等進(jìn)行聚類(lèi)，直接進(jìn)行單木分割。

多源數據融合后可以實(shí)現快速自動(dòng)實(shí)景真三維森林場(chǎng)景生成。

飛燕航空遙感公司黃山區激光雷達航攝影像圖

高光譜成像在林業(yè)中的作用和應用

高光譜遙感能夠有效探測和精細識別觀(guān)測目標的光譜特性，高光譜遙感的超多波段和高分辨率使其可用于探測植被的精細光譜信息(特別是植被各種生化組分的吸收光譜信息)，反演植被各生化組分的含量，監測植被的生長(cháng)狀況等。

光譜反射特性

不同性質(zhì)的地物，或相同屬性的地物在其成份、顏色、表面結構、含水性（率）等不同時(shí)，其反射光譜特性也不同，構成反射光譜曲線(xiàn)的差異。遙感探測即是根據獲取和記錄不同地物不同波段的反射電磁波信息，通過(guò)分析其差異性，來(lái)識別地物屬性的。

植物光譜可以表達的特性因素有：

1.季節的變化

2.植物健康狀況

3.水分和營(yíng)養條件的變化

4.植被種類(lèi)

5.病蟲(chóng)害情況

高光譜成像技術(shù)——植物光譜特性

影像植物反射率的主要因素包括葉綠素、細胞結構和含水量等。 

高光譜成像技術(shù)下光譜與健康狀況的關(guān)系

植物含水量的變化對光譜反射的影響與水的吸收帶相同，當植物含水量高時(shí)在水的吸收帶反射明顯降低，否則含水量增大。

高光譜影像數據實(shí)現對樹(shù)種的識別

高光譜影像蘊含著(zhù)近乎連續的地物光譜信息，能夠準確探測到具有細微光譜差異的各種地物類(lèi)型，同時(shí)具有“譜像合一”波段多、數據量大的特點(diǎn)，使樹(shù)種識別精度從源數據上得到提高。

高光譜是光學(xué)被動(dòng)遙感數據，可獲得冠層水平信息，因其具有較高的光譜分辨率，增強了地物目標的屬性信息探測能力，并能夠的較小的空間尺度上觀(guān)察地表的細節變化。而Lidar數據是主動(dòng)遙感數據，可直接獲得單株木的位置、樹(shù)高和冠幅這三個(gè)垂直結構參數以及強度信息。兩者基于像元級融合，形成優(yōu)勢互補，在分類(lèi)精度上有著(zhù)極大的提高。

綜合以上優(yōu)勢及特點(diǎn)，多源合一新型傳感器激光雷達測量系統VQ-1560i對林業(yè)多源數據同步獲取，助力林業(yè)智慧化管理。

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