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三维激光扫描仪在农林业中的应用

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三维激光扫描仪在农林业中的应用
我国各地区气候差异明显,各地区植被生长类型和状况都不一致,为了更好的获取不同地区的林业数据,林业调查工作者会不定期的在野外采集林业数据,汇总到国家林业数据库中,有助于植物多样性普查工作的开展和林业保护等工作,对于国家的生态环境的持续改善有着很大的帮助。

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解决方案

一、现状与困难

林业数表是社会经济活动和森林经营的基准度量衡。一般林业数表不能满足社会需求,一定程度上影像了森林经营管理和资源流转。如果用解析木编制数表,就要选取样木、伐倒测定、截取圆盘。作业方法的原始造成林业调查工作者效率低下,任务量繁重,难以在单位时间内很好的完成工作任务,作业手段的简单粗暴,也会对植物生长造成一定的破坏,不利于生态环境的保护。

二、技术优势

       (一)技术特点

随着三维激光扫描技术的出现,结合高精度的三维激光扫描仪、相关林业调查、植被分析软件,可以通过三维点云数据快速保存被调查植被的各方面信息,在这个信息基础上,可以方便提取植物树冠、胸径等数据,方便进行林业数据分析和保存,通过软件自动化提取参数的模块,可以大批量、高效率的获取所需要的数值,相比传统数据采集手段来说,可以做到既快又准,而且在获取某些植被的关键参数上,也不用砍伐树木来获取植被信息了,保证了生态的可持续发展,将林业调查对环境的伤害程度降到最低。

       (二)设备概况

Z+F IMAGER系列三维激光扫描仪是世界上精度最高的相位式三维激光扫描仪,最高噪声精度可达0.2mm,有效测量距离最高可达360米,内置相机可生成8000万像素的高分辨率影像数据,并生成真彩色点云数据。最大测点速率超过一百万点每秒,保证在长距离下高质量的数据结果。360°×320°的视野保证了超广的扫描范围,同时最大减少了扫描站数。其创新性的率先采用内置GPSIMUCompass等定位传感器,可以辅助进行外业快速无标靶定位拼接,真正实现了高效率的扫完即拼接。


Z+F IMAGER 5016三维激光扫描仪

Z+F IMAGER 5016三维激光扫描仪系统参数

三、解决方案

三维激光扫描在林业调查中的应用广泛,根据不同的需求可以生成相应的成果。主要工作流程包括以下几个步骤:

1. 在实施具体扫描计划之前,需要制定严密的扫描方案,根据数据采集的精度要求和被扫描物体现场环境,确定扫描路线、扫描站数、仪器架站位置、扫描密度选择。

2. 数据获取,包括三维点云数据采集和纹理信息的获取。

3. 点云数据预处理,主要包括点云的去噪,配准和点云着色,导出真彩色点云数据,后期成果应用于展示,包括植株高度、胸径等关键因子采集,植株点云数据存档。

四、案例分享

           (一)中国农大佳木斯建三江农场扫描

项目要求:真彩色三维点云,长势分析

仪器使用:Z+F IMAGER 5010C、标靶球、三脚架

人员配备:外业2人,内业1

麦田全景扫描图

小麦局部点云详图

麦田点云(按照植物高矮颜色渲染)

样品单株小麦

麦田激光点云数据采集完毕后,可将点云数据导入到专业的植被点云分析软件中,提取需要的关键参数。

麦田植株高度平整度

通过小麦的植株高度来判定农作物的生长态势,评估施肥、光照等因素对植物生长的影响。通过采集不同时期植物的点云数据,评估植物生长情况。

不同时间段植物生长量变化值

             (二)某林业调查设计院

项目要求:真彩色三维点云,植株胸径、树冠等

仪器使用:Z+F IMAGER 5010C、标靶球、三脚架

人员配备:外业2人,内业1

树木全景扫描图1

树木全景扫描图2

单棵树木点云提取

单棵树木自动识别

树高、胸径自动提取

五、结论

通过三维激光扫描仪野外扫描获取样木三维空间信息及影像数据,并由相应软件室内量取样木任意高直径,其测量精度完全能够达到林业数表编制对直径测量精度的要求,是测树技术的完全创新,使编表更科学,可信度更高。点云数据不光可用于提取树径估,也可提供其他测树因子如生物量、树干相对位置和叶面积指数,进而实现对单木材积、林分总蓄积量的测量。利用三维激光扫描仪测量不用伐倒样木的优点,可以进行高效、大数量、大范围的样木采集,这样做在地域上具有很强的针对性,量体裁衣,保证了数表的高精度,依次分区、分类编制系列数表,付诸于生产实践,对推进集体林业产权制度改革,建立现代森林资源流转制度具有重要的现实意义。

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