林业丨RIEGL VZ-400森林生态量估算

行业应用

2019-03-06

Kim 博士和他的团队刚在澳大利亚的热带森林完成了2个月的现场工作。通过地面三维激光扫描仪和无人机载激光雷达分别进行数据采集，并进行数据融合，以此来进行森林系统的生物量估算。

比起其他的生态系统，森林生态系统更加的复杂。传统的地面生物量估算方式是对砍伐标准木，然后基于标准木的体积直径或高度等相关性进行估算，但这样并不环保，而且代价昂贵。

3D-FOREST,是由比利时科学政策办公室支持的长期项目。该项目的主要目的是通过激光雷达在三维场景下重建森林结构，进行生物量估算。

这次在澳大利亚为期2月的野外作业，主要通过不同平台采集的激光雷达三维数据，来量化澳大利亚五个热带地区的地上生物量和森林结构。

地面三维激光扫描仪和无人机载激光雷达的数据融合

该项目的概念是通过使用地面三维激光扫描（TLS）捕获数据以创建具有高度细节的“虚拟森林”。意识到通过地面三维激光扫描仪的数据采集不足以完全覆盖更大范围的探索，我们补充了无人机LiDAR进行数据采集。这样“自下而上”和“自上而下”的数据采集方式相互补充，有效提高地面生物量的估算水平。

Calders博士使用RIEGL VZ-400进行地面三维数据的采集，每个地块（通常约1公顷）设置121个不同的扫描点。这种10米×10米网格模式最大限度地减少了数据遮挡，这是对树木数字化重建来进行生物量估算的关键。

RIEGL地面三维激光扫描仪在工作

项目组成员( Kim Calders, Louise Terryn , Barbara D’Hont)

与瓦赫宁根大学合作，使用RIEGL RiCOPTER无人机载激光雷达系统共同进行三维数据采集。每个站点大约覆盖了15-20公顷的面积，数据密度约几百点/平方米。

热带森林对于无人机起降是非常具有挑战性的，因为需要合理的空间和视距范围。该项目选择了澳大利亚陆地生态系统研究网络（TERN）的一部分场所作为起降场地，得以成功实施飞行任务。

RiCOPTER 无人机载LiDAR系统进行数据获取

通过激光雷达数据进行可追踪的生物量估算

从激光雷达获取的数据来创建“三维森林”可用于“虚拟收割”树木，并通过计算它们的体积来计算质量，将其大量的数字化。在过去几年中，开发了算法以将树木的三维点云数据转换为真实的树木模型，称为定量结构模型（QSM），能够直接计算其体积。

树木分割的示例

地面三维激光扫描仪采集的树木点云

相应的定量结构模型（QSM）

这些三维结构和生物量估算的空间分析，将使我们了解树木结构的空间模式和平均分布。

并且这些信息对于优化的森林管理非常重要，同时也有助于更好地了解生态系统模型中森林结构的空间变化。