三维激光扫描技术应用于绿量计算
随着计算机可视化技术与测绘技术的不断发展,我国数字化林业 建设进程不断向前推进,地面三维激光扫描作为一种可以快速获取目标三维点云模型的新测绘技术,已在林业资源调查、林分结构研究以及单木三维重建等方面得到了初步应用。与传统森林资源调查方法作业周期长、工作效率低、劳动强度大、数据单一相比,应用地面三维激光扫描技术获取测树因子速度更快、精度更高,而且不会对林木造成损害,有利于保护生态环境。
地面三维激光扫描技术的特点:
1) 高速、高效、精确。地面三维激光扫描仪可在1分钟内扫描周围环境数以亿计的点信息,只需3分钟时间就可以获取120m范围内的树木点云数据,在减少科研人员现场捕捉数据所需时间的同时,提高了数据采集效率;精度方面,100m距离误差仅为2mm。
2) 数据信息丰富。扫描获取的点云数据具有高密度特性,可提供独特的高清晰信息,数据信息十分丰富,即便是对表面复杂的物体进行测量,所得图像同样清晰,并能使色彩还原,实现了对目标物体的精细化测量。
3) 无需可见光源。地面三维激光扫描仪主要依靠主动发射激光束的方式获取点云数据,无需可见光源,可在光线昏暗甚至黑夜环境中作业,提高了作业效率
4) 点云可测量。从点云数据中可直接获取目标物体的三维坐标、方位角、表面法向量,通过仪器配备的系统软件可以计算出点云数据所表达目标物体的表面积、体积等参数
5) 非接触式测量。在立木扫描过程中,可不对立木造成损伤,保护生态环境的同时,对同一株树木进行连年观测,得出树木生长量及林分生长量,进而建立更精准的林木生长模型
目前,国内外许多林业科研工作者就地面三维激光扫描技术在林业中的应用进行了深入探讨。研究内容主要集中在测树因子获取、林分结构研究以及单木三维重建等方面,并获得了不同程度的成果。
总体技术路线
图1总体技术路线
现场施工
设置扫描站点时需要详细的勘察扫描林区现场环境，科学的布置扫描可以以最少的站点获取最详细的数据，架设好仪器后设置仪器参数，扫描时并不是点云数据最多的就是最好的，在满足项目成果需求的情况下，以最优的扫描参数获取点云数据会大大提高工作效率。
点云数据处理
将三维激光扫描仪获取的原始点云数据导入到点云处理软件如Trimble Real Works中，进行站点拼接，在大范围林地现场扫描中往往需要十几站甚至几十站的扫描，所以高精度的站点拼接是精确提取林木因子、后续处理等一切成果的保障。
图4 不同测站点云拼接
将拼接好的点云数据进行过滤、去噪等预处理后就可以进行基于点云的直接分析及得出相应的成果。
图6 基于点云树高量测
图7 基于点云树冠描绘
图8 基于三维模型的植被体积量算