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多源合一新型传感器激光雷达VQ-1560i在林业上的应用

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2019-01-11

森林资源具有分布范围广,种类丰富,垂直结构复杂且易受动态变化,受干扰性强等特征,通过一些测绘技术能对森林参数测定,但由于森林资源的特性不能满足多源数据的同步获取:

 

1.分布范围广:成像遥感技术

2.垂直结复杂:Lidar/SAR/摄影测量

3.种类丰富:高光谱

4.动态变化/干扰:热红外、高光谱、多时相

 

因此,基于森林资源观测的需求,现代林业数据获取就需要多源数据同步获取的技术。



那么,如何实现多源数据同步获取?

新型传感器激光雷达测量系统VQ-1560i能一次性快速获取点云、多光谱、高光谱数据。激光雷达测量系统VQ-1560i是一台典型的多源合一新型传感器,双通道全波形处理机载激光雷达测图系统,具有:

① 真彩色相机镜头;

② 高光谱传感器镜头;

③ 激光器


激光雷达测量系统VQ-1560i.png


系统集成了高精度波形激光雷达、高分辨率航空数码相机、 高光谱成像装置和高精度的导航及姿态测量系统,通过这些设备的有机集成,实现对被测量树木的光谱和三维空间属性信息的高效测量。

 

新型传感器激光雷达测量系统VQ-1560i一次性快速获取点云、多光谱、高光谱数据

① 高精度的飞行姿态数据

② 机载激光雷达波形数据

③ 高分辨率航空数码影像

④ 高光谱成像仪获取光谱数据



激光雷达点云数据可以实现的目的:

1.识别树冠顶点、树冠边界、位置等属性,

2.生成冠层高度模型(CHM),识别单木特征,

3.直接计算高度分位数、回波指数等点云特征量,

4.估测森林结构参数。

5.统计计算树冠高度变量、密度变量、强度变量、郁闭度、叶面积指数和间隙率

6.快速反演生物量,森林蓄积量,森林覆盖率;

7.通过疏密程度以及不同树龄树木的情况、推算不同树种数量;

8.获取森林地面DEM,实现森林结构参数自动提取以及三维场景重建,用于林业的监控与管理

9.……


机载激光雷达数据在林业的优势

 

激光雷达(LiDAR)系统作为一种主动遥感技术,在对地物观测尤其是探测地物高度方面具有其他遥感手段不可比拟的优势。机载激光雷达测量系统VQ-1560i数字化全波形记录雷达,可以将冠层最高点与地面之间往返的激光脉冲信号数字化,完整记录激光脉冲初次和末次返程信号之间的不定时振幅,从而获得与冠层垂直结构相关的波形。

 

全波形激光雷达能够很好的定义冠层的下边缘 (包括一部分林下冠层和立木中层),可以计算生活冠层的蓄积量,从而对林业生态进行评估。


机载激光雷达数据可实现单木激光雷达点云剖面,将密集林木实现点云分类为地面、灌木、树木。


激光雷达植被分类剖面效果图.JPG


再通过高程渲染原始Lidar点云数据,回波次数渲染的原始Lidar点云数据,反射强度渲染的原始Lidar点云数据,分类后的Lidar点云数据,能够快速统计待砍伐树木的树高,冠幅,计算林木的砍伐量。


高程渲染原始Lidar点云数据


激光雷达高程渲染原始Lidar点云数据.JPG


回波次数渲染的原始Lidar点云数据


激光雷达按回波次数渲染点云数据.JPG



反射强度渲染的原始Lidar点云数据


反射强度渲染的原始Lidar点云数据.JPG


分类后的Lidar点云数据


分类后的Lidar点云数据.JPG


激光雷达单木边界探测实现林木顶冠的探测,通过对单木树冠分割。



激光雷达单木边界探测实现林木顶冠的探测,对单木树冠分割。通过激光雷达数据进行单木分割的方法可分为两种:一种是激光雷达点云数据生成栅格表面模型,在此基础上进行单木分割。二是利用归一化后的Lidar点云数据,根据点云之间的空间结构关系和属性信息等进行聚类,直接进行单木分割。

 

多源数据融合后可以实现快速自动实景真三维森林场景生成。


飞燕航空遥感公司黄山区激光雷达航摄影像图


黄山激光雷达原始影像图.JPG



高光谱成像在林业中的作用和应用



高光谱遥感能够有效探测和精细识别观测目标的光谱特性,高光谱遥感的超多波段和高分辨率使其可用于探测植被的精细光谱信息(特别是植被各种生化组分的吸收光谱信息),反演植被各生化组分的含量,监测植被的生长状况等。


光谱反射特性

不同性质的地物,或相同属性的地物在其成份、颜色、表面结构、含水性(率)等不同时,其反射光谱特性也不同,构成反射光谱曲线的差异。遥感探测即是根据获取和记录不同地物不同波段的反射电磁波信息,通过分析其差异性,来识别地物属性的。

 

植物光谱可以表达的特性因素有:

1.季节的变化

2.植物健康状况

3.水分和营养条件的变化

4.植被种类

5.病虫害情况


高光谱成像技术——植物光谱特性

影像植物反射率的主要因素包括叶绿素、细胞结构和含水量等。 

 

高光谱成像技术下光谱与健康状况的关系

植物含水量的变化对光谱反射的影响与水的吸收带相同,当植物含水量高时在水的吸收带反射明显降低,否则含水量增大。

  

高光谱影像数据实现对树种的识别

高光谱影像蕴含着近乎连续的地物光谱信息,能够准确探测到具有细微光谱差异的各种地物类型,同时具有“谱像合一”波段多、数据量大的特点,使树种识别精度从源数据上得到提高。


高光谱是光学被动遥感数据,可获得冠层水平信息,因其具有较高的光谱分辨率,增强了地物目标的属性信息探测能力,并能够的较小的空间尺度上观察地表的细节变化。而Lidar数据是主动遥感数据,可直接获得单株木的位置、树高和冠幅这三个垂直结构参数以及强度信息。两者基于像元级融合,形成优势互补,在分类精度上有着极大的提高。

 

综合以上优势及特点,多源合一新型传感器激光雷达测量系统VQ-1560i对林业多源数据同步获取,助力林业智慧化管理。


文章首发于www.feiyantech.com


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