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基于无人机遥感多特征的单木地上生物量反演模型
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作者 张宇娇 赵恒谦 +3 位作者 付含聪 刘哿 皇甫霞丹 刘轩绮 《林业科学》 北大核心 2025年第8期129-141,共13页
【目的】针对北方森林,协同无人机激光雷达和无人机RGB影像进行单木地上生物量估测,以彰武县樟子松和杨树为研究对象,探究应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测的影响,为彰武县防风固沙人工林单木地上生物量的精准预... 【目的】针对北方森林,协同无人机激光雷达和无人机RGB影像进行单木地上生物量估测,以彰武县樟子松和杨树为研究对象,探究应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测的影响,为彰武县防风固沙人工林单木地上生物量的精准预测提供技术参考。【方法】从LiDAR点云和基于RGB光学影像获取的数字正射影像图(DOM)中提取单木尺度高度、强度、密度、冠层结构、光谱、纹理和植被指数多特征,采用置换重要性(PI)和Boruta优选特征子集,结合地面实测单木地上生物量数据,使用随机森林(RF)、极端梯度提升树(XGBoost)和分类提升算法(CatBoost)3种典型机器学习方法构建樟子松和杨树地上生物量估测模型,对仅用LiDAR数据、仅用DOM数据以及联合二者的建模结果进行比较。【结果】1)点云高度和冠层结构是估测2个树种单木地上生物量的关键特征;纹理特征仅对樟子松地上生物量估测产生积极影响。2)对于樟子松,基于组合数据的单木地上生物量估测精度最高,优于单一LiDAR和单一RGB影像;3种数据集的最优模型分别为ALL-PI-XGBoost、LiDAR-PI-XGBoost和DOM-PI-RF,测试集R^(2)分别为0.77、0.69、0.67,RMSE分别为10.94、12.75、13.16 kg·plant^(−1)。对于杨树,基于组合数据和单一LiDAR数据的单木地上生物量估测精度相当,且优于单一RGB影像;3种数据集的最优模型分别为ALL-PI-XGBoost、LiDAR-Boruta-XGBoost和DOM-Boruta-CatBoost,测试集R2分别为0.85、0.85、0.59,RMSE分别为17.63、17.11、28.99 kg·plant^(−1)。【结论】基于低成本无人机遥感技术获取的高密度点云和高分辨率影像可以实现彰武县防风固沙人工林单木地上生物量高精度、快速且无损估测;应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测有不同影响,组合数据可以显著提高樟子松单木地上生物量估测精度。 展开更多
关键词 无人机激光雷达 无人机光学影像 单木尺度 地上生物量 机器学习
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基于无人机高光谱和激光雷达数据的单木树种分类
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作者 章萌 王红 +1 位作者 刘思思 杨文财 《湖北农业科学》 2025年第4期1-6,23,共7页
利用无人机激光雷达(LiDAR)数据进行单木分割并获取单木树冠范围,提取树冠范围内的无人机高光谱数据。基于波段反射率、植被指数和纹理指数构建特征融合方案,分别为方案1(波段反射率)、方案2(植被指数)、方案3(纹理指数)、方案4(波段反... 利用无人机激光雷达(LiDAR)数据进行单木分割并获取单木树冠范围,提取树冠范围内的无人机高光谱数据。基于波段反射率、植被指数和纹理指数构建特征融合方案,分别为方案1(波段反射率)、方案2(植被指数)、方案3(纹理指数)、方案4(波段反射率+植被指数)、方案5(波段反射率+纹理指数)、方案6(植被指数+纹理指数)、方案7(波段反射率+植被指数+纹理指数)。采用随机森林算法对黄河三角洲孤岛防护林开展单木尺度树种分类研究,实现对刺槐(Robinia pseudoacacia)、国槐(Sophora japonica)、榆树(Ulmus pumila)和白蜡(Fraxinus chinensis)4个树种的单木分类。结果表明,仅使用纹理指数进行树种分类的结果最差,精度为0.333,Kappa系数为0.056;方案7的分类结果最好,精度为0.917,Kappa系数为0.887。方案5的分类精度为0.916,Kappa系数为0.886,方案5在保证分类精度的同时,明显降低了特征维度,因此推荐将光谱反射特征与空间纹理特征相结合的特征组合方案作为最优方案。 展开更多
关键词 无人机 高光谱 激光雷达 单木尺度 树种分类
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基于单木的城市绿地乔木碳汇计量及其空间分布特征——以平湖市为例 被引量:3
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作者 曾鹿敏 赵毅辉 +3 位作者 李同欣 高逸平 党秋伟 王懿祥 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第20期9209-9220,共12页
精准计量城市绿地乔木碳汇量是提高绿地碳汇能力的前提。以平湖为例,采用单木调查结合绿地类型方法计量城区乔木碳汇,聚类分析树种碳汇能力,空间自相关与热力图分析碳密度、碳汇速率空间分布特征,以辅助城市绿地合理布局。结果表明:(1)... 精准计量城市绿地乔木碳汇量是提高绿地碳汇能力的前提。以平湖为例,采用单木调查结合绿地类型方法计量城区乔木碳汇,聚类分析树种碳汇能力,空间自相关与热力图分析碳密度、碳汇速率空间分布特征,以辅助城市绿地合理布局。结果表明:(1)平湖的附属绿地碳密度与碳汇速率最大,城市乔木绿地平均乔木碳密度(22.72 t C/hm^(2))为中上水平,平均乔木碳汇速率(8.99 t CO_(2)e a^(-1)hm^(-2))高于非城市森林;(2)硬阔Ⅱ((31.13±15.11)kg CO_(2)e/a)与硬阔Ⅰ((30.43±17.56)kg CO_(2)e/a)树种碳汇能力强于松类、软阔、杉类、柏类;(3)城市乔木绿地乔木碳密度和碳汇密度具有空间聚集性,高值常沿道路呈条带状或沿水域呈团块状分布。研究方法和结论对于厘清城市绿地乔木的碳家底,管理和提升城市自然碳汇功能,促进城市碳中和具有重要的理论和实践意义。 展开更多
关键词 城市绿地乔木 单木尺度 碳储量 碳汇 绿地类型 空间分布
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大兴安岭天然落叶松单木健康评价指标 被引量:1
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作者 张凌宇 《林业科技情报》 2013年第1期41-43,共3页
大兴安岭地区是我国重要的木材生产基地,同时也起到涵养水源和阻挡减缓西伯利亚寒流侵袭东北腹地的作用,其健康状况事关我国东北地区的生态安全等重大问题。本文基于样地调查数据,在参考国内外相关文献的基础上,针对单木健康调查项目进... 大兴安岭地区是我国重要的木材生产基地,同时也起到涵养水源和阻挡减缓西伯利亚寒流侵袭东北腹地的作用,其健康状况事关我国东北地区的生态安全等重大问题。本文基于样地调查数据,在参考国内外相关文献的基础上,针对单木健康调查项目进行选取,构建了天然落叶松单木健康评价指标体系,包括:根部状态、树冠落叶程度、树冠透视度、树冠重叠程度、树冠枯梢比重等5项指标。应用这些指标可以为单木尺度上对大兴安岭山区天然落叶松健康状况进行评价。 展开更多
关键词 落叶松 健康评价 单木尺度
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基于无人机激光雷达和多光谱数据的森林树高提取方法研究 被引量:13
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作者 张翔 刘洋 +2 位作者 玉山 苏日娜 阿茹汗 《森林工程》 北大核心 2023年第1期29-36,共8页
单木是森林空间结构的基本构成单元,对于林业生产实践来说,准确获取单木因子具有重要意义。在森林资源调查中,森林树顶点和树高等因素对森林生态评估具有重要作用。传统野外调查耗时费力,而机载激光雷达不仅可以快速、准确地获取估算模... 单木是森林空间结构的基本构成单元,对于林业生产实践来说,准确获取单木因子具有重要意义。在森林资源调查中,森林树顶点和树高等因素对森林生态评估具有重要作用。传统野外调查耗时费力,而机载激光雷达不仅可以快速、准确地获取估算模型数据,同时也有助于大规模准确评价森林参数,可为森林资源调查提供坚实的数据基础。首先,利用无人机激光雷达数据冠层高度模型(Canopy height model, CHM)采用局部最大值算法对树顶点进行提取,探讨CHM不同空间分辨率和滤波窗口大小对提取森林树顶点的影响。然后,对单木尺度下不同分辨率的CHM树顶点提取精度进行评估,最后对单木尺度条件下的树高结果进行精度评价。研究结果表明,(1)当CHM空间分辨率为0.1m,使用中值滤波固定3×3窗口大小,能够达到最佳树顶点提取效果;(2)通过目视解译结合局部最大值方法确定CHM空间分辨率为0.4 m时,树顶点提取精度较高,F测度为89.68%;(3)利用局部最大值法提取CHM单木树高与地面实测树高具有良好的拟合效果(R2=0.95,RMSE=0.91 m)。 展开更多
关键词 无人机 激光雷达 单木尺度 树顶点 树高
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