无人机影像森林信息提取与模型研建

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导师姓名
王秀兰  冯仲科
学科专业
地图学与地理信息系统
文献出处
北京林业大学   2015年
关键词
无人机影像论文  面向对象论文  空间分析论文  森林信息论文
论文摘要

森林资源调查与监测是为了摸清森林资源的数量、质量、分布以及变化情况,由内外业两方面工作组成。随着通讯技术、计算机技术、遥感技术的发展,外业工作的时间与工作强度有所降低,内业的自动化和信息化水平不断提高,与此同时森林资源调查与监测的精度与时效性显著提升。无人机作为遥感数据采集的重要平台,在森林资源调查与监测中的应用也越来越广泛。本研究以无人机影像为遥感数据,生产出高精度的数字表面模型(DSM)和数字正射影像图(DOM),使用面向对象的影像信息提取技术和GIS空间分析技术,对冠幅、树高、郁闭度、林分密度等森林参数信息进行了提取,并结合实地调查数据,对提取结果进行了对比与分析,编制了航空立木材积表。主要研究内容和结论如下:(1) 高精度的数字表面模型和数字正射影像图制作技术选用PixelGrid-UAV无人机航空影像处理平台,处理了带有GPS/IMU数据的无人机原始影像,经过畸变校正、连接点提取与平差、空三加密、影像自动匹配、正射影像纠正等步骤,生产出了高精度的数字表面模型和数字正射影像图。(2)利用面向对象分类方法和多尺度分割技术提取了树冠和郁闭度信息使用高精度数字正射影像图,利用面向对象分类方法和多尺度分割技术,选择合适的分割尺度参数和分类特征,先提取得到目标林分,再二次分割分类得到树冠和林冠信息。以此估测单木冠幅、林分郁闭度和株数密度参数。使用面向对象分类方法和多尺度分割技术,单木平均冠幅的提取精度在0.70左右;林分郁闭度的提取值与人机交互判读结果相比,精度可以达到0.90以上,且基本符合实地目测结果;株数密度估测的总体精度为0.81。(3)使用GIS的空间分析技术估测单木树高和株数密度信息采用DSM和DOM交互编辑的方式,采集地面高程点,使用克里金插值法,生产出地面数字高程模型,继而得到数字冠层模型(CHM)。使用GIS的邻域分析和拓扑分析筛选出树梢点,最终得到单木树高和株数密度。在未郁闭林分中,单木树高的估测精度可以达到0.86以上;在高、中、低郁闭度林分中,株数密度估测的总体精度为0.67。(4)建立了航空胸径-冠幅模型、胸径-冠幅、树高模型以及航空一、二元立木材积表使用无人机影像提取的冠幅和树高参数信息,结合外业调查数据,建立了航空胸径-冠幅模型和胸径-冠幅树高模型,决定系数R2都在0.67以上。对照研究区的一二元立木材积表,分别建立了航空一元立木冠幅-材积表和航空二元立木冠幅、树高-材积模型表。综上所述,使用由无人机影像生产出的高精度数字表面模型和数字正射影像图,结合面向对象分类方法、多尺度分割技术和空间分析技术,在单木冠幅、单木树高、林分郁闭度、株数密度等森林参数信息的提取,精度基本可以达到0.70以上。本研究就无人机影像在森林资源调查上的应用做了一些尝试,探讨了森林DSM、DOM、DEM的生产和信息提取方法,为其他森林信息提取提供了思路,对森林资源调查和监测起到了一定的技术指导作用。

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摘要

ABSTRACT

1. 引言

1.1. 研究背景

1.2. 国内外现状

1.3. 研究目的与意义

1.4. 研究内容与方法

1.4.1. 研究内容

1.4.2. 主要研究方法

1.5. 技术路线

1.6. 主要创新点

1.7. 本章小结

2. 实验数据的获取与处理

2.1. 研究区概况

2.1.1. 大川林场概况

2.1.2. 东门林场概况

2.2. 实验数据获取

2.2.1. 无人机数据获取

2.2.2. 地面调查数据

2.3. 无人机数据预处理

2.3.1. GPS/IMU辅助航空摄影测量

2.3.2. DSM和DOM生产平台

2.3.3. PixelGrid工程文件生成

2.3.4. 数字表面模型生成

2.3.5. 数字正射影像拼接

2.4. 本章小结

3. 森林信息提取

3.1. 树冠信息提取

3.1.1. 提取目标林分

3.1.2. 树冠区域提取

3.1.3. 结果与分析

3.2. 树高信息提取

3.2.1. 数字地面模型生成

3.2.2. 冠层高度模型生成

3.2.3 树顶点提取

3.2.4. 树高提取

3.2.5. 结果与分析

3.3. 林分郁闭度提取

3.3.1. 郁闭度地面调查方法

3.3.2. 郁闭度航空相片调查方法

3.3.3. 郁闭度图像处理调查方法

3.3.4. 结果与分析

3.4. 株数密度提取

3.4.1. 株数密度地面调查方法

3.4.2. 株数密度航空相片调查方法

3.4.3. 株数密度遥感处理调查方法

3.4.4 结果与分析

3.5. 本章小结

4. 航空立木材积表编制

4.1. 胸径-冠幅模型

4.2. 胸径-冠幅、树高模型

4.3. 一元航空立木材积表

4.4. 二元航空立木材积表

4.5. 本章小结

5. 结论和讨论

5.1. 结论

5.2. 讨论

参考文献

个人简介

导师简介1

导师简介2

获得成果目录

致谢

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