多源合一新型傳感器激光雷達(dá)VQ-1560i在林業(yè)上的應(yīng)用

森林資源具有分布范圍廣，種類豐富，垂直結(jié)構(gòu)復(fù)雜且易受動(dòng)態(tài)變化，受干擾性強(qiáng)等特征，通過一些測繪技術(shù)能對森林參數(shù)測定，但由于森林資源的特性不能滿足多源數(shù)據(jù)的同步獲取：

1.分布范圍廣：成像遙感技術(shù)

2.垂直結(jié)構(gòu)復(fù)雜：Lidar/SAR/攝影測量

3.種類豐富：高光譜

4.動(dòng)態(tài)變化/干擾：熱紅外、高光譜、多時(shí)相

因此，基于森林資源觀測的需求，現(xiàn)代林業(yè)數(shù)據(jù)獲取就需要多源數(shù)據(jù)同步獲取的技術(shù)。

那么，如何實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)同步獲??？

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

① 真彩色相機(jī)鏡頭；

② 高光譜傳感器鏡頭;

③ 激光器

系統(tǒng)集成了高精度波形激光雷達(dá)、高分辨率航空數(shù)碼相機(jī)、 高光譜成像裝置和高精度的導(dǎo)航及姿態(tài)測量系統(tǒng)，通過這些設(shè)備的有機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)對被測量樹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(dá)測量系統(tǒng)VQ-1560i一次性快速獲取點(diǎn)云、多光譜、高光譜數(shù)據(jù)：

① 高精度的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)

② 機(jī)載激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)

③ 高分辨率航空數(shù)碼影像

④ 高光譜成像儀獲取光譜數(shù)據(jù)

激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)的目的：

1.識(shí)別樹冠頂點(diǎn)、樹冠邊界、位置等屬性，

2.生成冠層高度模型（CHM),識(shí)別單木特征，

3.直接計(jì)算高度分位數(shù)、回波指數(shù)等點(diǎn)云特征量，

4.估測森林結(jié)構(gòu)參數(shù)。

5.統(tǒng)計(jì)計(jì)算樹冠高度變量、密度變量、強(qiáng)度變量、郁閉度、葉面積指數(shù)和間隙率

6.快速反演生物量，森林蓄積量，森林覆蓋率；

7.通過疏密程度以及不同樹齡樹木的情況、推算不同樹種數(shù)量；

8.獲取森林地面DEM,實(shí)現(xiàn)森林結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)提取以及三維場景重建，用于林業(yè)的監(jiān)控與管理

9.……

機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)在林業(yè)的優(yōu)勢

激光雷達(dá)（LiDAR)系統(tǒng)作為一種主動(dòng)遙感技術(shù)，在對地物觀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(jī)載激光雷達(dá)測量系統(tǒng)VQ-1560i數(shù)字化全波形記錄雷達(dá)，可以將冠層最高點(diǎn)與地面之間往返的激光脈沖信號(hào)數(shù)字化，完整記錄激光脈沖初次和末次返程信號(hào)之間的不定時(shí)振幅，從而獲得與冠層垂直結(jié)構(gòu)相關(guān)的波形。

全波形激光雷達(dá)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(jì)算生活冠層的蓄積量，從而對林業(yè)生態(tài)進(jìn)行評估。

機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)單木激光雷達(dá)點(diǎn)云剖面，將密集林木實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云分類為地面、灌木、樹木。

再通過高程渲染原始Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)，回波次數(shù)渲染的原始Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù),反射強(qiáng)度渲染的原始Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)，分類后的Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能夠快速統(tǒng)計(jì)待砍伐樹木的樹高，冠幅，計(jì)算林木的砍伐量。

高程渲染原始Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)

回波次數(shù)渲染的原始Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)

反射強(qiáng)度渲染的原始Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)

分類后的Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)

激光雷達(dá)單木邊界探測實(shí)現(xiàn)林木頂冠的探測，通過對單木樹冠分割。

激光雷達(dá)單木邊界探測實(shí)現(xiàn)林木頂冠的探測，對單木樹冠分割。通過激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行單木分割的方法可分為兩種：一種是激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成柵格表面模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行單木分割。二是利用歸一化后的Lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)點(diǎn)云之間的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系和屬性信息等進(jìn)行聚類，直接進(jìn)行單木分割。

多源數(shù)據(jù)融合后可以實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)實(shí)景真三維森林場景生成。

飛燕航空遙感公司黃山區(qū)激光雷達(dá)航攝影像圖

高光譜成像在林業(yè)中的作用和應(yīng)用

高光譜遙感能夠有效探測和精細(xì)識(shí)別觀測目標(biāo)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(xì)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(jiān)測植被的生長狀況等。

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(jié)構(gòu)、含水性（率）等不同時(shí)，其反射光譜特性也不同，構(gòu)成反射光譜曲線的差異。遙感探測即是根據(jù)獲取和記錄不同地物不同波段的反射電磁波信息，通過分析其差異性，來識(shí)別地物屬性的。

植物光譜可以表達(dá)的特性因素有：

1.季節(jié)的變化

2.植物健康狀況

3.水分和營養(yǎng)條件的變化

4.植被種類

5.病蟲害情況

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(xì)胞結(jié)構(gòu)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(dāng)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(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對樹種的識(shí)別

高光譜影像蘊(yùn)含著近乎連續(xù)的地物光譜信息，能夠準(zhǔn)確探測到具有細(xì)微光譜差異的各種地物類型，同時(shí)具有“譜像合一”波段多、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，使樹種識(shí)別精度從源數(shù)據(jù)上得到提高。

高光譜是光學(xué)被動(dòng)遙感數(shù)據(jù)，可獲得冠層水平信息，因其具有較高的光譜分辨率，增強(qiáng)了地物目標(biāo)的屬性信息探測能力，并能夠的較小的空間尺度上觀察地表的細(xì)節(jié)變化。而Lidar數(shù)據(jù)是主動(dòng)遙感數(shù)據(jù)，可直接獲得單株木的位置、樹高和冠幅這三個(gè)垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)以及強(qiáng)度信息。兩者基于像元級融合，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，在分類精度上有著極大的提高。

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

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