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基于空地一体化的激光雷达点云的单木分割解决方案
发布日期:2022-03-16 17:00:08  作者:admin  浏览次数:315  
一、背景

 

森林资源调查的重要内容之一是测量样方内单木的树种、树高、胸径及所在位置等。激光雷达技术能够同时获取森林冠层表面的水平和垂直结构信息,基于高密度的激光雷达点云不仅能够获取林分尺度森林参数,也可以提取单木尺度的森林参数。基于点云数据获取单木尺度森林参数,首先需要进行单木分割,单木分割方法可分为基于CHM的分割和基于点云的分割。

 

胸径是表达树木生长状况的重要的因子之一。传统方式以胸径尺、轮尺等接触式测量为主,外业工作量较大;使用地基激光雷达采集林业数据,须进行布设标靶、架站、扫描、移站等操作,完成整体数据采集需要花费一定的人力及时间,采集完的数据也需要进行多站拼接后才能输出最终的采集结果。

 

本文介绍了基于背负式激光雷达与机载激光雷达的融合技术,利用空中与陆地相结合的扫描方式,获取树干/枝叶详细的结构信息,并对使用激光雷达数据软件进行单木进行识别,获取树木位置、株数、树高和胸径等信息。

 

1. 传统林业测量的局限性

 
  • 作业周期长;

  • 工作效率低;

  • 劳动强度大;

  • 数据单一;

  • 费用大;

  • 砍伐树木,破坏环境,破坏林分结构;

  • 基于单一的机载激光雷达系统树冠下面数据信息获取不完整;

  • 基于单一的背负式息。

 

2. 空地一体化雷达系统在林业调查应用

 

技术优势

 

机载激光雷达系统不仅具有快速和经济的优势,而且在具体使用过程中智能化程度较高,更加有利于地理信息的数据收集,结合(RTK-SLAM 背负式测绘机器人系统)可以很好地补充无人机数据缺失,保证数据的真实性与完整性。
 
空地一体化的数据数据融合方式同时具备以下优势:
 
  • 高速、高效、精确;
  • 信息丰富;
  • 无需可见光源;
  • 点云可直接测量;
  • 非接触测量,对树木无损伤,故可对同一株树木进行连年观测,得出树木生长量及林分生长量,从而建立树木的生长模型;
  • 数字产品,便于保存和处理,将其编制的材积表存入数据库可进一步建成材积库,实现全面数字化。需要时,仅需输入相应地域、胸径、树高等相关因子即可获取某树种的材积, 改变繁琐的传统查表方式,可极大的方便林业部门的管理和应用。
 
二、空地一体扫描技术特点
 
(1) 空地一体,多方位获取高精度点云数据
 
轻型无人机机载雷达搭配地面三维激光扫描仪,可快速多角度获取高精度点云数据,具有传统测量方式难以完成的技术优势。
 
(2) 非接触式数据获取,直接采集物体表面的三维数据
 
三维激光扫描技术采用非接触扫描目标的方式进行测量,无需反射棱镜,对扫描目标物体不需进行任何表面处理,直接采集物体表面的三维数据,所采集的数据真实可靠。可以解决危险目标、环境(或柔性目标)及人员难以企及的情况,具有传统测量方式难以完成的技术优势。

 

(3) 主动发射扫描光源(激光),不受扫描环境时间和空间的约束
 
三维激光扫描技术采用主动发射扫描光源(激光),通过探测自身发射的激光回波信号获取目标物体的数据信息,因此在扫描过程中,可以实现不受扫描环境时间和空间的约束。

 

(4) 快速、高精度获取海量点云数据
 
三维激光扫描技术可以快速、高精度获取海量点云数据,可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集,从而达到高分辨率的目的,可准确反映出地物信息。
 
(5) 可与 GPS 系统配合使用
 
这些功能大大扩展了三维激光扫描技术的使用范围,对信息的获取更加全面、准确。内置数码摄相机的使用,增强了彩色信息的采集,使扫描获取的目标信息更加全面。GPS 定位系统的应用,使得三维激光扫描技术的应用范围更加广泛,与工程测量的结合更加紧密,近一步提高了测量数据的准确性。
 
三、技术流程图

 

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四、数据融合

 

将RTK-SLAM 背负式测绘机器人系统获取的点云数据和机载雷达获取的点云数据进行融合处理,由于RTK-SLAM 背负式测绘机器人系统和机载雷达系统获取的数据都基于RTK技术获取的点云数据可以很好的融合。
 
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五、数据处理
 
利用激光雷达点云数据处理和分析软件,提供点云数据处理的一站式解决方案。软件支持海量点云的可视化及编辑、航带拼接、自动/半自动分类、数字模型生成及编辑、电力线、林业分析等一系列工作,支持多元数据格式导出。

 

森林统计变量提取;将单木数据从整体点云中分割出来,以获得树的位置、树高、树冠尺寸等参数;回归分析反演立木蓄积量和生物量等参数,更加方便于森林资源调查工作。
 
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单木分割-基于点云的分割结果
 

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数据导出
 
六、总结
 
森林资源调查对于及时掌握森林资源信息至关重要,森林资源调查的重要内容之一是测量样方内单木的树种、位置、树高、胸径等。基于空地一体化的激光雷达点云数据获取单木参数,不仅保证了数据的真实性还保证了数据的完整性。
 
在有机载点云数据的基础上,利用RTK-SLAM背包式三维激光,高效获取树木遮挡信息,然后进行数据融合。通过这种方式可以很好地解决“空地一体化”的数据需求,两者都是高效率的典范,数据恰好进行互补,实现真正意义上的“空地一体”。
 
联系方式:010-51662388
刘经理:18500978049

 

END

 

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