林木基因型-环境互作算法研究进展与思考

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作者 葛晓宁 许新桥 +8 位作者 张怀清 张京 杨杰 崔泽宇 傅汝饶 梁金洁 邹添华 王林龙 刘洋 《林业科学》 北大核心 2025年第3期1-15,共15页

随着全球气候变化,传统的林木育种方式面临挑战,难以满足快速气候适应与资源优化配置的迫切需求。林木基因型(G)与环境(E)之间的复杂互作关系是林木生长发育研究的核心,阐明G×E互作机制以提高林木育种效率和精准度成为研究的重点... 随着全球气候变化,传统的林木育种方式面临挑战,难以满足快速气候适应与资源优化配置的迫切需求。林木基因型(G)与环境(E)之间的复杂互作关系是林木生长发育研究的核心,阐明G×E互作机制以提高林木育种效率和精准度成为研究的重点。本文围绕林木基因型-环境互作算法的相关研究进展,解析基因型与环境互作对表型特性塑造的机制,包括基因组与表型特征形成的关联机制、环境因子对表型的影响等;探讨多源异构数据融合在解析互作机制和育种中的应用,涵盖数据挖掘技术、融合策略和实时数据处理;阐述基因型与环境互作算法在林木育种中的演变与应用,包括历史演变、在性状预测和分析中的应用等;介绍林木基因型与环境互作算法研发体系,涉及数据获取、融合、算法设计和模型优化。最后,提出林木基因型-环境互作未来研究的方向,结合可解释人工智能、数据融合、育种验证和气候适应性预测,为林木育种提供更精准的预测工具和决策支持,尤其在应对气候变化挑战时,推动林木的生态适应性与生产力提升。 展开更多

关键词 基因型-环境互作 林木育种 数据融合 机器学习 深度学习

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树木三维建模与可视化模拟技术进展与应用

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作者 崔泽宇 张怀清 +3 位作者 刘洋 张京 杨廷栋 傅汝饶 《林业科学》 北大核心 2025年第6期1-12,共12页

树木三维建模与可视化模拟技术是研究森林结构与生长动态规律的重要手段,也是开展森林精准经营管理的关键技术和基础。本文从基于一维文本规则、二维图像、三维激光雷达点云以及多源数据融合等不同维度,系统分析了不同类型树木三维建模... 树木三维建模与可视化模拟技术是研究森林结构与生长动态规律的重要手段,也是开展森林精准经营管理的关键技术和基础。本文从基于一维文本规则、二维图像、三维激光雷达点云以及多源数据融合等不同维度,系统分析了不同类型树木三维建模技术,并梳理了树木形态结构、生长、多态性可视化模拟等方面的进展。结合树木三维建模技术的发展趋势,重点讨论了生成式人工智能GAI、多源数据融合、大模型等技术在树木三维建模中的融合应用前景,论述了树木三维建模个性化、多样性、大规模、智能化发展方向,并梳理了在GAI发展背景下树木三维建模的研究思路,提出以多源数据融合为基础、GAI为驱动的智能化三维建模框架。分析了数字孪生、元宇宙等技术体系对树木三维模型的应用推广,剖析了其在树木育种培育、古树名木保护、景观设计、森林经营、生态监测灾害预警以及生态保护与修复等树木全生命周期应用场景中的特征与需求。通过树木三维模型模拟,能够有效突破时空限制,辅助智能决策,为森林精准、高效经营管理以及生态系统服务修复等提供关键技术支撑,并为树木培育、监测、保护等提供全新的研究思路与智能化的手段,助力林业全业务场景的跨模态数据协同处理与机制探索。 展开更多

关键词 树木三维建模 生成式人工智能 多源数据融合 数字孪生 元宇宙

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关于“气候智慧林业”研究的思考 被引量：9

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作者 朱教君 王高峰 +1 位作者 张怀清 高添 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1-7,共7页

气候智慧林业于2020年之后兴起,是集智慧林业、气候林业和生态林业于一体的协同发展新组合。气候智慧林业是利用智能化和数字驱动的新一代信息与人工智能(AI)技术,通过改变传统的林业科学科研与管理范式,更好地理解森林生态系统与气候... 气候智慧林业于2020年之后兴起,是集智慧林业、气候林业和生态林业于一体的协同发展新组合。气候智慧林业是利用智能化和数字驱动的新一代信息与人工智能(AI)技术,通过改变传统的林业科学科研与管理范式,更好地理解森林生态系统与气候变化相互影响的机制;在此基础上,提出基于自然的气候解决方案,实现森林生态系统功能的高效、稳定、可持续目标,最终达到人与自然和谐发展。与传统林业和生态林业相似,气候智慧林业也需要强大的科学研究基础。气候智慧林业研究需要回答的核心科学问题是森林生态系统与气候变化相互影响的机制,其研究方向包括:1)森林生态系统碳汇的监测、计量与核算,以及碳汇对减缓气候变化的时间效应;2)森林生态系统韧性(抵抗力、恢复力、适应力)的形成及其对气候变化和自然干扰的响应机制;3)森林生态系统碳汇的形成、维持与提升机制,包括管理措施和木材生产利用对碳汇的影响、碳汇与其他功能之间的平衡;4)人工智能和多源遥感驱动的森林智能数据采集系统;5)基于信息化+AI和专家决策的气候智慧林业管理系统。加强上述研究,有利于增强森林生态系统韧性,以更好适应气候变化或减缓气候变化的负面影响,提升森林缓解气候变化的能力,为增强森林的多种生态功能与林产品供给能力提供科技支撑。 展开更多

关键词 气候智慧林业 气候变化 碳汇 人工智能 数字孪生 森林经营

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基于计算机模拟模型的林木冠层太阳短波辐射定量分析方法 被引量：1

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作者 张宇 张怀清 +2 位作者 安锋 蒋玲 云挺 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期16-30,共15页

【目的】定量模拟和刻画林木冠层太阳短波辐射的分布和截获情况,于时空变换下反演太阳短波辐射在不同林木冠层内的辐射通量变化,为林木培育经营和提质增效提供理论依据。【方法】首先,以公共数据集和真实扫描的校园内林木激光点云数据为... 【目的】定量模拟和刻画林木冠层太阳短波辐射的分布和截获情况,于时空变换下反演太阳短波辐射在不同林木冠层内的辐射通量变化,为林木培育经营和提质增效提供理论依据。【方法】首先,以公共数据集和真实扫描的校园内林木激光点云数据为例,结合设计的机器视觉算法,对林木激光点云进行枝叶分离和单叶分割,并用合适大小的椭圆形和圆柱体几何单元分别拟合每片叶片和骨架,开展林木真实模型重建;其次,运用计算机图形学方法,结合研究地点的经纬度和时刻,模拟太阳入射光线,并引入物理学的双向反射和透射分布函数及蒙特卡洛光线追踪算法,开展反射和透射光线与冠层内叶片的碰撞模拟;最后,根据仪器测量得到的不同树种叶片平均粗糙度和折射率,结合光线追踪算法,实现林木冠层内短波辐射分布计算和木林冠层光截获效率评估。【结果】利用本研究方法计算时空变换下不同树种(芒果、橡胶、紫薇、樱花)4株树冠及一片香樟树林的直射、反射和透射太阳辐射通量,其中直射辐射通量占比约86%、反射辐射通量占比约5%、透射辐射通量占比约9%。叶面积指数高的树冠会拦截更多直射和透射光线;在太阳高度角较小时刻(上午或下午),斜射的太阳光线反射后易与树冠中其他叶片发生二次求交,产生较多反射辐射通量。同时,由于林木的趋光性,中午树冠光线拦截率高于上午和下午10%左右。比对采用本研究方法计算的树冠辐射通量拦截比值和样地手持光电仪器实测结果,绝对误差小于6%。【结论】在测绘科学、计算机图形学及林学多学科视角融合下,本研究基于激光点云重建树木真实表观形态结构,并将蒙特卡洛光线追踪算法与物理学的双向反射和透射分布函数相融合,真实模拟光线在树冠中的传播过程,可准确获取林木冠层内太阳短波辐射分布与树冠辐射通量拦截值,对研究时空变换下林木太阳辐射吸收、光强与树冠形态结构的耦合关联及不同表型参数的林冠辐射传输模型均有重要启示意义。 展开更多

关键词 太阳短波辐射 激光点云 计算机模拟模型 树木三维重建 林木辐射传输

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基于CrossViT模型的树叶识别方法 被引量：1

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作者 许兵博 张怀清 +1 位作者 薛联凤 云挺 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期161-172,共12页

中国幅员辽阔,由于各地自然条件不同,加之植物种类繁多,森林植物和森林类型极为丰富多样,而树叶的准确识别对树木研究具有重要意义。树叶分类是一项具有挑战性的任务,需要对树叶的形态、纹理、颜色等多种特征进行识别和分类。提出一种基... 中国幅员辽阔,由于各地自然条件不同,加之植物种类繁多,森林植物和森林类型极为丰富多样,而树叶的准确识别对树木研究具有重要意义。树叶分类是一项具有挑战性的任务,需要对树叶的形态、纹理、颜色等多种特征进行识别和分类。提出一种基于Cross Vision Transformer(CrossViT)的树叶分类与识别方法。该方法以八角金盘(Fatsia japonica)、杜鹃(Rhododendron simsii)、广玉兰(Magnolia grandiflora)、桂树(Cinnamomum cassia)、海桐(Pittosporum tobira)、木槿(Hibiscus syriacus)、石楠(Photinia serratifolia)、梧桐(Firmiana simplex)、银杏(Ginkgo biloba)和樟树(Camphora officinarum)10种园林绿化常见阔叶树叶片为实验对象。首先,分别拍摄在实验环境和真实环境下的树叶图像作为数据集;其次,对CrossViT模型的网络结构,构造两个独立的分支,以获取不同大小的嵌入向量,通过优化Transformer编码器,利用交叉注意力模块融合不同大小的嵌入向量,以平衡计算成本和识别精度;最后,通过一个MLP Head得到最终的分类结果。对两个不同环境下的树叶数据集的训练和测试表明,该研究基于的CrossViT模型在实验环境下的树叶数据集上总体准确率约92.5%,在真实环境下的树叶数据集上总体准确率约75.2%。通过与传统卷积网络的比较,所提出方法的性能在实验环境下的树叶数据集上高出0.6~4.0个百分点,在真实环境下的树叶数据集上高出1.3~3.3个百分点,FLOPs和模型参数略有增加。 展开更多

关键词 树种识别 CrossViT模型 自注意力机制 可视化 树木表型分析

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问答式林业预训练语言模型ForestBERT 被引量：1

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作者 谭晶维 张怀清 +2 位作者 刘洋 杨杰 郑东萍 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期99-110,共12页

【目的】针对林业文本利用率低、通用领域预训练语言模型对林业知识理解不足以及手动标注数据耗时费力等问题,基于大量林业文本,提出一种融合林业领域知识的预训练语言模型,并通过自动标注训练数据,高效实现林业抽取式问答,为林业决策... 【目的】针对林业文本利用率低、通用领域预训练语言模型对林业知识理解不足以及手动标注数据耗时费力等问题,基于大量林业文本,提出一种融合林业领域知识的预训练语言模型,并通过自动标注训练数据,高效实现林业抽取式问答,为林业决策管理提供智能化信息服务。【方法】首先,基于网络爬虫技术构建包含术语、法律法规和文献3个主题的林业语料库,使用该语料库对通用领域预训练语言模型BERT进行继续预训练,再通过掩码语言模型和下一句预测这2个任务进行自监督学习,使BERT能够有效地学习林业语义信息,得到具有林业文本通用特征的预训练语言模型ForestBERT。然后,对预训练语言模型mT5进行微调,实现样本的自动标注,通过人工校正后,构建包含3个主题共2280个样本的林业抽取式问答数据集。基于该数据集对BERT、RoBERTa、MacBERT、PERT、ELECTRA、LERT 6个通用领域的中文预训练语言模型以及本研究构建的ForestBERT进行训练和验证,以明确ForestBERT的优势。为探究不同主题对模型性能的影响,分别基于林业术语、林业法律法规、林业文献3个主题数据集对所有模型进行微调。将ForestBERT与BERT在林业文献中的问答结果进行可视化比较,以更直观展现ForestBERT的优势。【结果】ForestBERT在林业领域的抽取式问答任务中整体表现优于其他6个对比模型,与基础模型BERT相比,精确匹配(EM)分数和F1分数分别提升1.6%和1.72%,在另外5个模型的平均性能上也均提升0.96%。在各个模型最优划分比例下,ForestBERT在EM上分别优于BERT和其他5个模型2.12%和1.2%,在F1上分别优于1.88%和1.26%。此外,ForestBERT在3个林业主题上也均表现优异,术语、法律法规、文献任务的评估分数分别比其他6个模型平均提升3.06%、1.73%、2.76%。在所有模型中,术语任务表现最佳,F1的平均值达到87.63%,表现较差的法律法规也达到82.32%。在文献抽取式问答任务中,ForestBERT相比BERT可提供更准确、全面的答案。【结论】采用继续预训练的方式增强通用领域预训练语言模型的林业专业知识,可有效提升模型在林业抽取式问答任务中的表现,为林业文本和其他领域的文本处理和应用提供一种新思路。 展开更多

关键词 林业文本 BERT 预训练语言模型 特定领域预训练 抽取式问答任务 自然语言处理

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洞庭湖湿地植被时空动态及其驱动力分析 被引量：1

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作者 张雨田 石军南 +1 位作者 张怀清 吴炳伦 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1-13,共13页

【目的】探究洞庭湖湿地植被覆盖变化的长期时空格局及其对气候变化和人类活动的响应机制,为湿地生态系统保护提供决策依据。【方法】利用FSDAF(时空融合数据分析框架)算法融合Landsat和MODIS影像,获取洞庭湖湿地2000—2019年月尺度归... 【目的】探究洞庭湖湿地植被覆盖变化的长期时空格局及其对气候变化和人类活动的响应机制,为湿地生态系统保护提供决策依据。【方法】利用FSDAF(时空融合数据分析框架)算法融合Landsat和MODIS影像,获取洞庭湖湿地2000—2019年月尺度归一化差异植被指数(NDVI)时间序列,采用改进的STL时序分解方法分离洞庭湖湿地植被NDVI季节和趋势分量,在不同时间尺度下量化湿地植被覆盖对环境变化和人为干扰的响应。基于线性回归方法与高时空分辨率的NDVI季节和趋势分量数据对洞庭湖湿地植被进行时空动态分析,识别湿地植被在不同尺度的时空动态格局。应用基于偏相关的分析方法定量评估2000—2019年3个主要气候因子(温度、降水量和太阳辐射)和人为因素对趋势和季节性植被变化的贡献。【结果】1)2000—2019年,洞庭湖湿地植被NDVI季节和趋势分量变化呈现出空间分异格局,但总体呈“绿化”趋势,变化率分别为4.8×10^(−3)a^(−1)和0.4×10^(−3)a^(−1)。2)温度和太阳辐射与植被变化存在显著正相关关系,与植被变化的季节相关性大于趋势相关性。降水量与植被变化的相关性相对较低,且与水稻的NDVI变化呈负相关关系(趋势分量偏相关系数R=-0.27;季节分量偏相关系数R=−0.42)。3)2000—2019年,人为因素和气候变化对洞庭湖湿地植被变化的平均相对贡献率分别为58%和42%,其中人为因素对长期和季节性湿地植被生长与恢复的相对贡献率分别为55%和62%,气候变化对长期和季节性湿地植被退化的相对贡献率分别为53%和56%。【结论】人为因素促进植被生长是洞庭湖湿地植被增绿的主要动因;气候变化对湿地生态系统构成威胁,采取合适的生态保护与修复方案仍是未来实现洞庭湖湿地生态系统可持续发展的重要手段。 展开更多

关键词 湿地植被 气候变化 时空融合 NDVI时间序列 洞庭湖湿地

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一种计算机模拟的针阔林木抗风性能分析

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作者 袁星月 方文杰 +2 位作者 张怀清 安锋 云挺 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期158-169,共12页

自然界中的强风常常对树木造成不可逆破坏,分析强风穿过时树林内部的气流情况有利于评估树木的抗风性,更好地理解如何减轻风的影响。以阔叶树和针叶树为原型,提取了二者叶团簇和枝干构造的特点,建立两种结构不同的树木模型,组合成树林模... 自然界中的强风常常对树木造成不可逆破坏,分析强风穿过时树林内部的气流情况有利于评估树木的抗风性,更好地理解如何减轻风的影响。以阔叶树和针叶树为原型,提取了二者叶团簇和枝干构造的特点,建立两种结构不同的树木模型,组合成树林模型,在3个不同叶面积密度下进行风力作用下的仿真模拟实验。分别使用改进的k-ε双方程模型和k-ω双方程模型以设置风环境,并且用龙格-库塔法分析求解湍流模型。k-ε双方程模型下,当叶面积密度分别为1,5和10 m~2/m~3时,阔叶林背风侧20 m处的最低风速与入口风速相比下降了49.60%,67.23%和80.40%,针叶林分别为55.13%,68.90%和78.29%。k-ω双方程模型展示了阔叶树林内部风场的复杂性。结果表明,叶面积密度与树林挡风能力之间是非线性关系,树林的挡风能力随叶面积密度的上升而增强,增强到一定程度后上升幅度减缓。不同的树木结构会导致风场的变化,影响同等强度风荷载下的受损概率和挡风能力。叶面积密度高、树冠体积大的树木更容易在强风中受到损害。 展开更多

关键词 数值模拟 树木结构模型 风环境 计算流体动力学(CFD) 防风林

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沙尘天气激光雷达监测技术研究 被引量：2

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作者 张怀清 鞠洪波 +2 位作者 陈永富 Papayannis A 王普才 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期28-32,F0003,共6页

使用LB10-D200激光雷达，对2006年4月北京地区天气连续监测，通过监测数据的分析，研究沙尘天气的大气垂直结构及其运动发展情况，同时与通过使用E-BAM贝塔沙尘监测仪器、AERONET、MODIS和DREAM预测模型等手段的分析结果进行综合对比分... 使用LB10-D200激光雷达，对2006年4月北京地区天气连续监测，通过监测数据的分析，研究沙尘天气的大气垂直结构及其运动发展情况，同时与通过使用E-BAM贝塔沙尘监测仪器、AERONET、MODIS和DREAM预测模型等手段的分析结果进行综合对比分析。结果表明：4月份共有10d AOT浓度大于1，最高峰达到4；激光雷达监测结果和其他手段得到的结果具有良好的一致性，能精确地表达典型沙尘天气垂直大气的时空分布；沙尘层AOT对整个大气AOT的贡献率约为60％～80％。 展开更多

关键词 激光雷达 沙尘 气溶胶 光学厚度 监测

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信息技术在森林生态保护中的应用现状、问题与发展

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作者 胡兴涛 简帅 +4 位作者 张怀清 张明 刘洋 邱汉清 许新桥 《陆地生态系统与保护学报》 2024年第5期63-70,共8页

信息技术作为森林生态保护的重要支撑技术之一,在森林资源监测管理、野生动植物保护、灾害防治和生物多样性保护等领域得到了广泛应用。当前,信息技术在提升数据采集效率、实现智能分析和辅助决策、推动森林生态保护智能化发展方面发挥... 信息技术作为森林生态保护的重要支撑技术之一,在森林资源监测管理、野生动植物保护、灾害防治和生物多样性保护等领域得到了广泛应用。当前,信息技术在提升数据采集效率、实现智能分析和辅助决策、推动森林生态保护智能化发展方面发挥了重要作用。然而,其应用仍面临数据采集效率不高、智能分析与决策能力不足、智能化水平有待提高,以及与森林生态保护业务融合度较低等问题。为此,重点总结了信息技术在森林生态环境保护、资源与生物多样性保护、灾害防治预警和生态保护管理决策等方面的应用现状,归纳了其在森林生态保护中的实际问题和技术瓶颈。最后,结合我国森林生态保护领域的发展战略部署和实际需求,展望了信息技术在森林生态保护中的未来发展方向,旨在推动信息技术更好地服务于森林生态保护,促进新质生产力的形成与发展。 展开更多

关键词 森林生态保护 信息技术 新质生产力

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非加速型通货膨胀下的失业率研究

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作者 张怀清 《金融理论与实践》 北大核心 2008年第12期3-8,共6页

作为判断通货膨胀率变化趋势的先行指标,NAIRU在西方宏观经济政策制定和讨论中经常被提及、关注,其基础是短期菲利普斯曲线。在中国经济转型时期,城乡劳动力市场结构有着不同于西方劳动力结构的特性。由此,失业率和通货膨胀率之间的联... 作为判断通货膨胀率变化趋势的先行指标,NAIRU在西方宏观经济政策制定和讨论中经常被提及、关注,其基础是短期菲利普斯曲线。在中国经济转型时期,城乡劳动力市场结构有着不同于西方劳动力结构的特性。由此,失业率和通货膨胀率之间的联系和短期菲利普斯曲线暗含的逻辑存在一定的差异,NAIRU作为判断中国通货膨胀率趋势的先行指标具有一定的局限性。 展开更多

关键词 NAIRU 菲利普斯曲线 通货膨胀

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多源数据林地类型的精细分类方法 被引量：28

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作者 任冲 鞠洪波 +2 位作者 张怀清 黄建文 郑应选 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期54-65,共12页

【目的】探讨复杂中山区域、多源数据支持下,高空间分辨率遥感影像林地类型层次化精细分类方法,以促进高分辨率遥感数据在森林资源调查与监测方面的深入应用。【方法】以嘉陵江上游甘肃省小陇山林业实验局百花林场为研究区,以SPOT5和高... 【目的】探讨复杂中山区域、多源数据支持下,高空间分辨率遥感影像林地类型层次化精细分类方法,以促进高分辨率遥感数据在森林资源调查与监测方面的深入应用。【方法】以嘉陵江上游甘肃省小陇山林业实验局百花林场为研究区,以SPOT5和高分一号(GF-1)遥感影像为主要数据源,综合利用影像光谱特征、植被指数特征、纹理特征与时相特征、地形特征、森林资源"二类调查"成果数据与林相图等辅助信息,及典型地类与主要森林类型外业调查样本数据,发展针对暖温带典型天然次生林区、复杂山区地形条件下高空间分辨率遥感影像林地类型多层次信息提取与森林类型精细识别的有效方法。在分析不同时相影像光谱特征的基础上,构建并优选归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、比值短波红外指数(RSI)、差值植被指数(DVI)4种植被指数特征和均值(ME)、同质性(HOM)、非相似性(DIS)、信息熵(ENT)、角二阶距(ASM)、相对峰值(RK)6种纹理特征,引入与主要森林类型空间分布相关的DEM高程值、坡度、坡向3个敏感地形因子,利用不同林地类型时相动态特征和辅助信息特征,在不同层次影像上分别采用适于该层待分信息类别的阈值法、支持向量机(SVM)、多分类器组合(MCC)、人工神经网络(ANN)分类方法,将各层分类结果合并获得整个研究区林地类型精细分类图。最后,采用分层随机抽样的独立检验样本对分类结果中7类林地类型进行精度验证,并对5类主要森林类型精细识别结果进行面积统计,与"二类调查"及影像解译结果各类型面积统计值进行对比分析,进一步从整体上检验分类方法的有效性和分类结果的可信度。【结果】本文所发展的分类方法对林地类型信息提取精度较高,有林地、其他林地、苗圃地等7类林地类型总体分类精度达92.28%,总Kappa系数为0.899 6;油松林、华山松林、日本落叶松林、栎类落叶阔叶林、其他落叶阔叶混交林5类主要森林类型面积统计结果的平均相对精度为92.4%。【结论】多源数据支持下的多层次林地类型精细分类方法是一种有效的林地类型信息精准监测方法,具有精度高和可信度高的优势,且森林类型精细识别详细程度达到优势树种(组)级别,是解决复杂山区林地类型精细分类与森林类型精细识别的一种有效手段,可满足森林资源调查、变化监测、数字更新等林业应用需求。 展开更多

关键词 多源数据 精细分类 多层次信息提取 多分类器组合 林地类型

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机载激光雷达和航空数码影像单木树高提取 被引量：18

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作者 赵峰 庞勇 +3 位作者 李增元 张怀清 丰伟 刘清旺 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期81-87,共7页

用激光雷达(LiDAR)数据和航空数码影像相结合进行单木水平树高反演。对研究区的LiDAR点云数据进行滤波和分类,根据地形特点、地表植被状况以及其他地类的分布,采用TinFilter滤波算法提取地面回波点和植被回波点。用面向对象的方法对高... 用激光雷达(LiDAR)数据和航空数码影像相结合进行单木水平树高反演。对研究区的LiDAR点云数据进行滤波和分类,根据地形特点、地表植被状况以及其他地类的分布,采用TinFilter滤波算法提取地面回波点和植被回波点。用面向对象的方法对高空间分辨率(25cm)的航空数码影像进行单株木检测。通过多尺度、树冠模式的分割创建影像对象和类层次,用最邻近距离和成员函数法进行影像对象的分类,并基于分类结果进行再分割。对分割后的树冠多边形进行边缘优化,以准确识别单株木。将植被回波点和影像分割后得到的树冠多边形进行叠加,计算多边形内的LiDAR数据最大高程差值,与实测树高进行相关分析,建立单木树高估测回归方程,平均估测精度为74.89%。 展开更多

关键词 机载激光雷达 航空数码影像 多尺度分割 树高

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三江源高寒湿地动态变化趋势分析 被引量：11

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作者 陈永富 刘华 +1 位作者 邹文涛 张怀清 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期70-76,共7页

利用3期TM遥感数据、652块地面调查样地数据,湿地分布图、植被分布图及地形图数据,对三江源高寒湿地典型区近20年的变化趋势进行分析。结果表明:各种地类的面积均有不同程度的变化,河流、湖泊、低盖度草地、沼泽地等4种类型的面积呈下... 利用3期TM遥感数据、652块地面调查样地数据,湿地分布图、植被分布图及地形图数据,对三江源高寒湿地典型区近20年的变化趋势进行分析。结果表明:各种地类的面积均有不同程度的变化,河流、湖泊、低盖度草地、沼泽地等4种类型的面积呈下降趋势,中盖度草地、高盖度草地、河滩地、裸岩石砾地和沙地等5种类型的面积呈上升趋势。减少幅度最大的是沼泽地16.73%,增加幅度最大的是沙地123.58%。河流、湖泊、沼泽地和河滩地等湿地面积从1990年到2007年共减少40320.92hm2,占湿地总面积的11.18%,减少速度为每年0.66%。由此估计,如果不实施保护,大约在150年之后,该区域的湿地将全部消失。不同时期各地类面积组分排序没有发生变化,表明地类在该区域所占空间大小的比例相对稳定。从斑块类型水平看,随着地类面积的减少,斑块形状的复杂性、破碎化、离散分布减弱。从景观水平看,多样性、均匀度、聚集度增加,优势度下降。 展开更多

关键词 三江源 高寒湿地 变化趋势 景观

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基于地面激光扫描数据的单木分枝结构参数自动提取 被引量：10

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作者 刘金鹏 张怀清 +1 位作者 刘闽 李永亮 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期121-128,共8页

【目的】应用地面激光扫描(TLS)数据提取单木点云骨架模型,提出一种基于骨架模型的单木分枝结构及枝长、分枝角度信息自动提取方法,为单木参数化建模与森林可视化模拟提供数据基础,并丰富林业参数调查手段。【方法】应用地面激光扫描仪... 【目的】应用地面激光扫描(TLS)数据提取单木点云骨架模型,提出一种基于骨架模型的单木分枝结构及枝长、分枝角度信息自动提取方法,为单木参数化建模与森林可视化模拟提供数据基础,并丰富林业参数调查手段。【方法】应用地面激光扫描仪器FARO,以1/4分辨率、测速244 000点·s^(-1)获取试验区3株单木的点云数据。首先,采用Skel Tre算法对带有噪声的TLS数据生成骨架模型;然后,基于该骨架模型和图深度优先搜索算法提出一种自动提取分枝结构的方法,根据骨架模型邻边的拓扑关系搜索与各个分枝相连接的节点,每个节点中包含该节点主导方向、邻边个数及位置的属性,通过这些属性判定节点是否为分枝节点;由于分枝节点存在一定的位置误差,因此采用圆柱拟合法修正着枝点处分枝的延伸方向,降低应用原始骨架模型估计的分枝角度值的误差,以获取较为精确的分枝角度θ;最后,根据修正后的角度大小划分不同级别的分枝结构,通过计算分枝的骨架线段总长度,估计分枝的枝长并与野外实测值进行对比验证。【结果】试验单木的分枝结构明确,实现了枝长与角度的自动获取,共提取出22条一级枝、43条二级枝;枝长的实测值与估计值回归方程为Y=1.003X+0.03,R^2=0.998,二者的均方根误差为0.029 m;骨架模型估计的分枝角度与实测角度的回归方程为Y=0.672X+16.779,R^2=0.356,二者的均方根误差为20.45°;应用圆柱拟合法修正后的分枝角度与实测角度的回归方程为Y=1.008X+0.18,R^2=0.975,二者的均方根误差为3.44°。【结论】基于骨架模型并以拟合圆柱法修正分枝角度提取单木形态结构参数的算法能够比较准确地提取单木分枝结构,枝长的提取精度较高,圆柱拟合法能够有效改善骨架模型估计角度的精度。 展开更多

关键词 地面三维激光扫描 骨架模型 枝长 形态结构 分枝角度

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基于“高分四号”卫星影像洞庭湖湿地信息提取 被引量：11

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作者 由佳 张怀清 +2 位作者 陈永富 刘华 高志海 《航天返回与遥感》 北大核心 2016年第4期116-122,共7页

文章以"高分四号"卫星数据为数据源,以湖南洞庭湖区域为主要研究区域,建立了洞庭湖三级湿地分类系统(主要包括:水体、草滩地、泥滩、耕地、林地、裸地六类),分别使用最大似然法、支持向量机法以及神经网络法对洞庭湖湿地进行... 文章以"高分四号"卫星数据为数据源,以湖南洞庭湖区域为主要研究区域,建立了洞庭湖三级湿地分类系统(主要包括:水体、草滩地、泥滩、耕地、林地、裸地六类),分别使用最大似然法、支持向量机法以及神经网络法对洞庭湖湿地进行遥感信息提取。结果显示,在三种不同的遥感分类方法中,最大似然法分类精度相对较高,总体精度为77.14%,Kappa系数为0.592 9。研究发现:"高分四号"卫星影像具有良好的湿地类型信息提取能力,采用最大似然分类方法可以较好的进行大区域湿地类型信息的提取。 展开更多

关键词 湿地 信息提取 洞庭湖 “高分四号”卫星 卫星应用

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基于林分特征的林木个体信息估算可视化模拟技术 被引量：5

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作者 李永亮 鞠洪波 +2 位作者 张怀清 蒋娴 刘海 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期99-105,共7页

以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以6块典型的杉木人工同龄纯林为研究对象,研究林木径阶与其Voronoi多边形面积间的对应关系。以模拟样地为例,在林木株数、林分算术平均胸径与样地大小设定的前提下,研究林木空间分布格局特征,建立计... 以湖南攸县黄丰桥国有林场为试验区,以6块典型的杉木人工同龄纯林为研究对象,研究林木径阶与其Voronoi多边形面积间的对应关系。以模拟样地为例,在林木株数、林分算术平均胸径与样地大小设定的前提下,研究林木空间分布格局特征,建立计算机模拟点阵生成算法;利用Weibull分布模型对样地内林木径阶分布进行估算,根据林木Voronoi多边形面积与其径阶间的对应规律,对林木胸径进行分配,参考林木测树因子估计模型对林木树高与冠幅因子进行估算;采用ArcgisEngine10开发技术,开发样地Voronoi多边形分析模块,结合GDI+与MOGRE技术,建立基于林分特征的林木个体信息估算可视化模型。结果表明:林木Voronoi多边形面积的算术平均值与所对应径阶间总体呈正相关关系;林木空间格局生成算法高效且适用;林木胸径因子分配考虑了空间环境的影响,贴近林木生长规律;可视化模拟技术可直观表现以上过程与结果,增强可操作性。此方法可用于解决由林分整体特征估算林木个体信息的难题,可为林业科学研究提供基础数据,可为森林可视化模拟提供技术参考。 展开更多

关键词 林分特征 个体信息 VORONOI图 估算 可视化模拟

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三江源典型区湿地景观稳定性与转移过程分析 被引量：5

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作者 赵峰 刘华 +2 位作者 鞠洪波 张怀清 邹文涛 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第5期69-74,共6页

基于1977、1990、1997和2007年4期遥感影像,对三江源典型区湿地景观稳定性和时空转移过程进行分析。结果表明:1977—2007年间河流斑块面积和数量的稳定性水平最高,其中1977—1990年间其特征稳定性指数接近于1,但结构稳定性较低。湖泊景... 基于1977、1990、1997和2007年4期遥感影像,对三江源典型区湿地景观稳定性和时空转移过程进行分析。结果表明:1977—2007年间河流斑块面积和数量的稳定性水平最高,其中1977—1990年间其特征稳定性指数接近于1,但结构稳定性较低。湖泊景观稳定性呈增强趋势,且表现最稳定。沼泽景观稳定性表现为减弱趋势,至2007年稳定性水平降到最低,呈现最不稳定状态。河滩地面积和数量稳定性水平低,变化不稳定,结构稳定性也始终处于最低水平。1977—2007年湿地转移趋势主要表现为:1977—1990年湿地与非湿地类型转换最为突出,1990—1997年、1997—2007年转换平稳。湿地转出类型主要为草地,河流和河滩地转换频率较高,湖泊类型转化呈多元化,沼泽地转出类型几乎全为草地,转为其他类型的面积很少。 展开更多

关键词 湿地 景观稳定性 转移过程 三江源

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基于红边参数与PCA的GA-BP神经网络估算叶绿素含量模型 被引量：5

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作者 李永亮 张怀清 林辉 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期22-29,共8页

利用便携式ASD野外光谱辐射仪对杉木冠层叶片光谱进行测定,同时以分光光度法对叶片叶绿素含量进行提取。样本经均值处理、平滑处理和微分处理后,进行红边参数提取。对11个红边参数以PCA方法进行降维,将得到的前7个主成分得分作为网络输... 利用便携式ASD野外光谱辐射仪对杉木冠层叶片光谱进行测定,同时以分光光度法对叶片叶绿素含量进行提取。样本经均值处理、平滑处理和微分处理后,进行红边参数提取。对11个红边参数以PCA方法进行降维,将得到的前7个主成分得分作为网络输入参数,叶绿素含量作为网络输出参数,以遗传算法(GA)优化网络初始权值阈值,建立隐含层神经元数分别为4,6,8,10,12和14的6种单隐层BP神经网络模型。以R2,RMSE和相对误差作为模型精度检验标准,结果表明:6种模型预测精度均可达到92.0%以上,其中隐含层神经元数为10时,预测精度最高,可达97.372%。说明此种模型可对杉木冠层叶片叶绿素含量进行高精度估算。 展开更多

关键词 红边参数 GA-BP神经网络 叶绿素含量 模型

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基于点云骨架的单木分枝参数提取研究 被引量：3

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作者 刘金鹏 张怀清 +2 位作者 刘闽 李永亮 李伟娜 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期15-20,共6页

地面激光扫描技术在获取树木参数的应用中发挥了重要作用,而图形学算法为实现单木结构参数自动提取提供了可行的方法。本文提出一种基于地面激光扫描数据来获取单木分枝结构参数的方法,应用Skel Tre算法对激光扫描仪获取的单木点云数据... 地面激光扫描技术在获取树木参数的应用中发挥了重要作用,而图形学算法为实现单木结构参数自动提取提供了可行的方法。本文提出一种基于地面激光扫描数据来获取单木分枝结构参数的方法,应用Skel Tre算法对激光扫描仪获取的单木点云数据进行处理得到单木的骨架模型;根据骨架模型邻边的拓扑关系搜索与各个分枝相连接的节点提取分枝结构,计算枝长;在分枝着枝点处以骨架线为轴作横切面,应用凸包算法提取横切面点云外包多边形并计算分枝直径;对枝长和分枝直径的实测值和模型的估计值进行回归分析分别得到二者的对比分析结果,枝长的实测与估计值回归分析结果为Y=1.006X+1.335,显著性值为0.001,分枝直径的回归分析结果为Y=0.923X+0.105,显著性值为0.000。实验结果表明,基于地面激光扫描数据提取骨架模型以获取单木的分枝结构和提取分枝结构参数(如枝长、分枝直径)的方法具有很好的适用性和应用前景。 展开更多

关键词 地面激光扫描 骨架模型 分枝直径 分枝结构

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