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近兩年，得益于自動(dòng)駕駛對激光雷達(dá)傳感器量產(chǎn)和低價(jià)的巨大需求，激光雷達(dá)掃描頭的價(jià)格從十萬元級降至千元級，打破了激光雷達(dá)專業(yè)門檻高，應(yīng)用成本高的局面，國內(nèi)外各硬件制造商紛紛借機(jī)推出輕小型低成本激光雷達(dá)掃描儀。本文意在探索輕掃式激光雷達(dá)掃描儀在快速獲取林木三維空間結(jié)構(gòu)及林下地形的詳細(xì)信息，進(jìn)而準(zhǔn)確的提取單木參數(shù)中的實(shí)際應(yīng)用。

我們選取了北京市遠(yuǎn)郊區(qū)縣山區(qū)造林地進(jìn)行了實(shí)際測試，采用人工測量、泰來興業(yè)公司法如架站式地基激光雷達(dá)系統(tǒng)、四維遠(yuǎn)見公司輕掃式激光雷達(dá)系統(tǒng)三種手段采集林木信息，并采用國產(chǎn)自主的“銀河點(diǎn)點(diǎn)通”激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件對單木進(jìn)行識別，獲取樹木位置、株數(shù)、樹高和胸徑等信息。

本篇文章針對架站式地基激光雷達(dá)獲取和處理流程進(jìn)行探索。

樣地一：

原始點(diǎn)數(shù)總量：88864990，平均點(diǎn)密度：18811.4點(diǎn)/平方米，

樹種：側(cè)柏

原始點(diǎn)云

由于地基激光雷達(dá)掃描時(shí)存在大量的重復(fù)點(diǎn)，大量的點(diǎn)云冗余，增加了數(shù)據(jù)量，處理時(shí)間較長。因此對原始點(diǎn)云進(jìn)行抽稀。

依據(jù)3D體素，格網(wǎng)尺寸0.01m抽稀后點(diǎn)云數(shù)量：23543618；點(diǎn)密度4983.83點(diǎn)/平方米。

點(diǎn)云剖面

一鍵式地基點(diǎn)云樹干提?。?

提取的單株樹干與胸徑疊加

和外業(yè)采集點(diǎn)實(shí)際對比的情況

樣地一自動(dòng)提取林木參數(shù)與外業(yè)實(shí)際采集林木參數(shù)對比

樣地二：

樹種：楊樹

原始點(diǎn)數(shù)量：59562487，點(diǎn)密度：5674.78

按照0.01m抽稀后點(diǎn)數(shù)：22456013 點(diǎn)密度：2139.48

原始點(diǎn)云

點(diǎn)云剖面

提取單株樹干與胸徑的效果

和外業(yè)采集點(diǎn)實(shí)際對比的情況

樣地二自動(dòng)提取林木參數(shù)與外業(yè)實(shí)際采集林木參數(shù)對比

綜合對比分析得到：

自動(dòng)化程度：

人工測量自動(dòng)化程度最低，還需要大量紙質(zhì)信息的電子化錄入，并得不到林木立體信息；

架站式激光雷達(dá)系統(tǒng)采用激光雷達(dá)后處理軟件銀河點(diǎn)點(diǎn)通，自動(dòng)化程度極高，直接對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，無需柵格化處理，生成歸一化數(shù)字表面模型，最終對點(diǎn)云樹干分割和樹干參數(shù)信息全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的處理，得到了樹木胸徑及樹干形態(tài)。

簡單易用。面向單木分割和參數(shù)提取的激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理和分析的過程中，盡管涉及的9個(gè)步驟需要少量的參數(shù)輸入，但這些參數(shù)的取值均有明確的物理含義、而且這些參數(shù)與點(diǎn)云的密度、精度、場景的林木基本情況等先驗(yàn)知識有關(guān)，易于操作人員使用。

精度對比：

胸徑不考慮人為測量誤差等因素，默認(rèn)人工測量的數(shù)據(jù)精度值最可靠。對比得到，架站式掃描儀與人工實(shí)測相比，樣地一（側(cè)柏）平均誤差為0.175cm，中誤差為1.028cm；樣地二（楊樹）平均誤差為-0.109cm，中誤差為0.627cm；

位置信息，由于人工無法采集樹木中心的位置，而軟件提取的為樹木中心位置的坐標(biāo)。忽略這個(gè)的影響，基本可以達(dá)到精度要求。

綜上，使用地基激光雷達(dá)掃描儀結(jié)合銀河點(diǎn)點(diǎn)通軟件，可獲取林區(qū)單木的準(zhǔn)確胸徑和樹高信息，可以二元材積方程更精確的預(yù)估林木蓄積量。背包激光雷達(dá)和機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，由于其數(shù)據(jù)獲取效率更高，結(jié)合點(diǎn)點(diǎn)通軟件對單木胸徑、樹高的擬合和反演，在實(shí)際大規(guī)模項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)，更具意義。歡迎業(yè)界同仁以更多實(shí)際項(xiàng)目試用和予以驗(yàn)證。