林業(yè)丨RIEGL VZ-400森林生態(tài)量估算
Kim 博士和他的團(tuán)隊(duì)剛在澳大利亞的熱帶森林完成了2個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)工作。通過(guò)地面三維激光掃描儀和無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，以此來(lái)進(jìn)行森林系統(tǒng)的生物量估算。
比起其他的生態(tài)系統(tǒng)，森林生態(tài)系統(tǒng)更加的復(fù)雜。傳統(tǒng)的地面生物量估算方式是對(duì)砍伐標(biāo)準(zhǔn)木，然后基于標(biāo)準(zhǔn)木的體積直徑或高度等相關(guān)性進(jìn)行估算，但這樣并不環(huán)保，而且代價(jià)昂貴。
3D-FOREST,是由比利時(shí)科學(xué)政策辦公室支持的長(zhǎng)期項(xiàng)目。該項(xiàng)目的主要目的是通過(guò)激光雷達(dá)在三維場(chǎng)景下重建森林結(jié)構(gòu)，進(jìn)行生物量估算。
這次在澳大利亞為期2月的野外作業(yè)，主要通過(guò)不同平臺(tái)采集的激光雷達(dá)三維數(shù)據(jù)，來(lái)量化澳大利亞五個(gè)熱帶地區(qū)的地上生物量和森林結(jié)構(gòu)。
地面三維激光掃描儀和無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)融合
該項(xiàng)目的概念是通過(guò)使用地面三維激光掃描（TLS）捕獲數(shù)據(jù)以創(chuàng)建具有高度細(xì)節(jié)的“虛擬森林”。意識(shí)到通過(guò)地面三維激光掃描儀的數(shù)據(jù)采集不足以完全覆蓋更大范圍的探索，我們補(bǔ)充了無(wú)人機(jī)LiDAR進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這樣“自下而上”和“自上而下”的數(shù)據(jù)采集方式相互補(bǔ)充，有效提高地面生物量的估算水平。
Calders博士使用RIEGL VZ-400進(jìn)行地面三維數(shù)據(jù)的采集，每個(gè)地塊（通常約1公頃）設(shè)置121個(gè)不同的掃描點(diǎn)。這種10米×10米網(wǎng)格模式最大限度地減少了數(shù)據(jù)遮擋，這是對(duì)樹(shù)木數(shù)字化重建來(lái)進(jìn)行生物量估算的關(guān)鍵。
RIEGL地面三維激光掃描儀在工作
項(xiàng)目組成員( Kim Calders, Louise Terryn , Barbara D’Hont)
與瓦赫寧根大學(xué)合作，使用RIEGL RiCOPTER無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)共同進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集。每個(gè)站點(diǎn)大約覆蓋了15-20公頃的面積，數(shù)據(jù)密度約幾百點(diǎn)/平方米。
熱帶森林對(duì)于無(wú)人機(jī)起降是非常具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樾枰侠淼目臻g和視距范圍。該項(xiàng)目選擇了澳大利亞陸地生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（TERN）的一部分場(chǎng)所作為起降場(chǎng)地，得以成功實(shí)施飛行任務(wù)。
RiCOPTER 無(wú)人機(jī)載LiDAR系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取
通過(guò)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行可追蹤的生物量估算
從激光雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建“三維森林”可用于“虛擬收割”樹(shù)木，并通過(guò)計(jì)算它們的體積來(lái)計(jì)算質(zhì)量，將其大量的數(shù)字化。在過(guò)去幾年中，開(kāi)發(fā)了算法以將樹(shù)木的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為真實(shí)的樹(shù)木模型，稱(chēng)為定量結(jié)構(gòu)模型（QSM），能夠直接計(jì)算其體積。
樹(shù)木分割的示例
地面三維激光掃描儀采集的樹(shù)木點(diǎn)云
相應(yīng)的定量結(jié)構(gòu)模型（QSM）
這些三維結(jié)構(gòu)和生物量估算的空間分析，將使我們了解樹(shù)木結(jié)構(gòu)的空間模式和平均分布。
并且這些信息對(duì)于優(yōu)化的森林管理非常重要，同時(shí)也有助于更好地了解生態(tài)系統(tǒng)模型中森林結(jié)構(gòu)的空間變化。
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