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解決方案丨天空地一體化森林資源調(diào)查

發(fā)布日期:2022-02-16 10:37 瀏覽量:9163

一、建設(shè)背景

森林資源是國家重要的自然資源和戰(zhàn)略資源,是林業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是建設(shè)生態(tài)文明的根本保障。自然資源部發(fā)布《關(guān)于開展2021年度全國森林資源調(diào)查監(jiān)測工作的通知》,要求以第三次全國國土調(diào)查成果為唯一底版,準(zhǔn)確查清全國及各?。▍^(qū)、市)2021年度森林資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù),推進(jìn)構(gòu)建全國統(tǒng)一的森林資源調(diào)查監(jiān)測工作體系,為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)提供數(shù)據(jù)服務(wù),為生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)評(píng)價(jià)考核提供科學(xué)依據(jù)。

當(dāng)前,森林資源調(diào)查監(jiān)測方法主要為衛(wèi)星遙感、航空遙感和實(shí)地調(diào)查三種,利用遙感技術(shù)可以大范圍、及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)查森林資源并監(jiān)測森林變化。飛燕遙感運(yùn)用多源遙感技術(shù)開展森林資源調(diào)查監(jiān)測工作,可以快速、大范圍、高精度地為森林資源調(diào)查監(jiān)測提供服務(wù)。

二、解決方案

(一) 總體思路

針對(duì)森林資源調(diào)查監(jiān)測地特點(diǎn),飛燕遙感依托公司五甲測繪資質(zhì)、自研8.8億像素航空集成多傳感器航攝AIMS、多臺(tái)先進(jìn)數(shù)碼/機(jī)載激光雷達(dá)/傾斜航攝儀、無人機(jī)、三維激光掃描儀,基于二十年測繪地理信息領(lǐng)域數(shù)據(jù)獲取、處理及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),提出天空地一體化森林資源監(jiān)測方案——綜合運(yùn)用衛(wèi)星遙感機(jī)載激光雷達(dá)掃描、無人機(jī)航測、實(shí)地調(diào)查等方式,從多個(gè)維度,針對(duì)森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)監(jiān)測、森林病蟲害監(jiān)測等方面,推進(jìn)森林資源調(diào)查監(jiān)測工作順利開展,為生態(tài)文明建設(shè)提供技術(shù)支持。

(二)技術(shù)方案

利用天(衛(wèi)星遙感)+空(機(jī)載激光雷達(dá)掃描)+地(實(shí)地調(diào)查)一體化監(jiān)測體系,針對(duì)森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)監(jiān)測、森林病蟲害防治、森林冠層高度模型制作等業(yè)務(wù)需求,全方位實(shí)施森林資源調(diào)查監(jiān)測。

1. “天”:基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的森林資源調(diào)查監(jiān)測

飛燕遙感作為國內(nèi)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)代理商,可為用戶提供0.5m分辨率衛(wèi)星影像、亞米級(jí)普通光學(xué)影像、多譜段多光譜影像等遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品,以及圖像處理、遙感解譯和基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的解決方案。在森林調(diào)查領(lǐng)域,支持森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)監(jiān)測、森林病蟲害監(jiān)測等服務(wù)。


森林資源調(diào)查


森林資源調(diào)查是利用多源多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、森林物候特征等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),基于多源、多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),提取遙感影像中的土地利用類型、樹種類型以及多時(shí)相影像間的森林類型變化信息。

樹種識(shí)別


森林火災(zāi)監(jiān)測


森林火災(zāi)監(jiān)測是森林資源保護(hù)的重要業(yè)務(wù),通過森林火點(diǎn)在遙感影像短波紅外、熱紅外波段的光譜特征,快速識(shí)別森林火點(diǎn),為森林火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)提供支持。

森林火點(diǎn)提取


森林病蟲害監(jiān)測


森林病蟲害是林業(yè)有害生物源之一,常見的包括松毛蟲、天牛、白蛾等病蟲害。利用多時(shí)相衛(wèi)星遙感影像,根據(jù)感染病蟲害樹木與正常樹木在影像上的明顯光譜差異,普查疑似病蟲害區(qū)域。針對(duì)衛(wèi)星遙感提取的疑似病蟲害區(qū)域和抽查的小班,采用無人機(jī)航測進(jìn)行詳查。實(shí)現(xiàn)全面、準(zhǔn)確、迅速監(jiān)測管理病蟲害,及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)布病蟲害預(yù)警信息,有效指導(dǎo)病蟲害防控。

基于衛(wèi)星影像提取疑似病蟲害區(qū)域

      基于無人機(jī)影像提取疑似病蟲害區(qū)域

2. “空”:基于機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的森林資源調(diào)查監(jiān)測

飛燕遙感依托公司五甲測繪資質(zhì)、自研8.8億像素航空集成多傳感器航攝AIMS、200萬赫茲機(jī)載激光雷達(dá)掃描儀RIEGL VQ 1560i、無人機(jī)等優(yōu)勢(shì),在森林資源調(diào)查領(lǐng)域,可為用戶提供森林點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取、處理、分類,以及森林?jǐn)?shù)字表面模型DSM、數(shù)字高程模型DEM、冠層高度模型CHM制作等服務(wù)。


點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取


激光雷達(dá)是一種新興的主動(dòng)遙感技術(shù),能夠在多時(shí)空尺度上獲取森林生態(tài)系統(tǒng)高分辨率的三維地形、植被結(jié)構(gòu)參數(shù)、葉面積指數(shù)等參數(shù)。一般按照承載平臺(tái)的不同,分為星載、機(jī)載和地面激光雷達(dá)。

針對(duì)大面積森林資源調(diào)查監(jiān)測,通常采用機(jī)載激光雷達(dá)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)以有人機(jī)或無人機(jī)為搭載平臺(tái),搭載的主要載荷包括激光傳感器、GNSS接收機(jī)、慣導(dǎo)系統(tǒng)(IMU)等,在數(shù)據(jù)獲取前,需預(yù)先確定機(jī)載激光雷達(dá)航攝儀的飛行范圍,明確飛行方向、航高、飛行速度、點(diǎn)云密度等參數(shù)。

原始點(diǎn)云

     

真實(shí)彩色點(diǎn)云


點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理


點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理包括對(duì)航空攝影所獲取的激光點(diǎn)云、POS數(shù)據(jù)和地面基站等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓、差分、POS數(shù)據(jù)解算、激光檢校、點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成、點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、點(diǎn)云數(shù)據(jù)姿態(tài)校正、點(diǎn)云數(shù)據(jù)噪聲點(diǎn)剔除、航帶間接邊等處理,以獲得能夠滿足后期數(shù)據(jù)處理及產(chǎn)品制作要求的點(diǎn)云數(shù)據(jù)


點(diǎn)云分類


對(duì)預(yù)處理后的點(diǎn)云進(jìn)行分類,將其分為地面點(diǎn)、植被點(diǎn)、非植被點(diǎn)。

點(diǎn)云分類后的地面點(diǎn)(棕色)、建筑物點(diǎn)(紅色)、植被點(diǎn)(綠色)


數(shù)字表面模型(DSM)制作


數(shù)字地表模型(Digital Surface Model,DSM)是指包含了地表建筑物、橋梁和樹木等高度的地面高程模型。

以分類點(diǎn)云中所有地表點(diǎn)以及地表之上的植被、建筑物、構(gòu)筑物等自然及人工地物表面形態(tài)上的點(diǎn)均作為特征點(diǎn),并以帶有高程信息的面狀水域范圍線作為特征線,構(gòu)建并輸出數(shù)字表面模型(DSM)產(chǎn)品。

基于激光點(diǎn)云生成的DSM


數(shù)字高程模型DEM)制作


數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面地形的數(shù)字化模擬(即地形表面形態(tài)的數(shù)字化表達(dá)),是利用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實(shí)體地面模型

DSM的基礎(chǔ)上,濾除地表之上的植被、建筑物、構(gòu)筑物等自然及人工地物表面形態(tài)上的點(diǎn),帶有高程信息的面狀水域范圍線作為特征線,參與數(shù)字高程模型DEM)產(chǎn)品的構(gòu)建與輸出。

基于激光點(diǎn)云生成的DEM


冠層高度模型(CHM)制作


森林冠層高度模型(Canopy Height Model,CHM)是一個(gè)表達(dá)植被距離地面高度的表面模型,通?;跀?shù)字表面模型DSM以及數(shù)字高程模型DEM,通過CHM = DSMDEM,生成CHM。

基于激光點(diǎn)云生成的DSM、DEM、CHM模型

3. “地”:實(shí)地調(diào)查監(jiān)測

根據(jù)森林資源調(diào)查監(jiān)測區(qū)域范圍大小設(shè)置若干塊小樣地進(jìn)行人工實(shí)測,按照森林資源調(diào)查規(guī)范,對(duì)樣地范圍內(nèi)的立木進(jìn)行測量,主要測量指標(biāo)為胸徑、樹高、枝下高和冠幅。

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