【摘要】：植被結(jié)構(gòu)參數(shù)是研究生態(tài)系統(tǒng)功能和生態(tài)系統(tǒng)相互作用的關(guān)鍵要素。由于樹(shù)木中植物物質(zhì)的數(shù)量,通過(guò)對(duì)活立木參數(shù)直接測(cè)量進(jìn)行詳細(xì)檢索是不切實(shí)際的。陸地激光雷達(dá)掃描儀(TLS)已被證明具有很高的潛力,可以作為高度詳細(xì)的植物結(jié)構(gòu)參數(shù)估算的間接手段,而一些研究則發(fā)現(xiàn)了這種方法固有的一些挑戰(zhàn)。為了更好地理解和預(yù)測(cè)陸地生態(tài)系統(tǒng)如何響應(yīng)和影響環(huán)境變化,需要關(guān)于小尺度范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信息。來(lái)自地面儀器的LiDAR遙感是提供這種信息的有前途的技術(shù),地基激光雷達(dá)不受天氣影響,減少葉面覆蓋影響的同時(shí)將多視圖掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接,保證掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高密度高精度完整性,,物理模型非常適合處理數(shù)據(jù)并獲得可靠的植被參數(shù)。在這項(xiàng)研究中,我們主要研究了樹(shù)木點(diǎn)云數(shù)據(jù)的骨架提取和葉面積密度反演。我們引入_1L中值概念用于求取具有魯棒性的點(diǎn)云活立木骨架線,將點(diǎn)云數(shù)據(jù)在局部利用隨機(jī)采樣點(diǎn)使用自增鄰域迭代為一維結(jié)構(gòu)的骨架點(diǎn),同時(shí)加入了排斥力的概念用于規(guī)整骨架點(diǎn),引入橢圓擬合方法用于補(bǔ)全缺失點(diǎn)云數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了骨架點(diǎn)的校正,把它當(dāng)做枝干的局部中心。此種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量沒(méi)有高度的要求,同時(shí)對(duì)樹(shù)木枝干空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求同樣不嚴(yán)格,在櫻花樹(shù)和無(wú)患子樹(shù)的骨架提取的過(guò)程中,不但能夠有效的抗噪聲,而且對(duì)于異常值和點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失有一定的校正效果。在此同時(shí),我們使用基于體素結(jié)合光線追蹤算法的方法來(lái)檢索單個(gè)樹(shù)木的葉面積分布。該方法基于應(yīng)用于從單個(gè)或多個(gè)掃描位置地基激光掃描雷達(dá)(TLS)返回的接觸頻率方法。計(jì)算體素的大小可以設(shè)置為10,20和30毫米,首先提取法向量,增加特征實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的枝葉分離,然后針對(duì)激光束大小對(duì)葉片重疊效應(yīng)的影響,通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬出光線的傳輸模型用來(lái)緩解遮擋效應(yīng),基于光的可用性,使用校正因子用于估算重疊效應(yīng)過(guò)于顯著的體素的葉面積。我們比較了點(diǎn)云數(shù)據(jù)反演的葉面積估計(jì)值與通過(guò)采集葉子獲得的直接測(cè)量值。除此之外,我們針對(duì)光線在傳輸中受到朗伯比爾定律的影響,通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬葉片在體素中受影響的穿過(guò)距離,得以建立新的模型反演葉面積密度。被采樣的樹(shù)木的測(cè)量葉面積值為5-30平方米,冠層LAI值在0.75-3.2之間。葉面積估計(jì)值與參考測(cè)量值(相對(duì)偏差)平均相差13%。我們的方法提供了單個(gè)樹(shù)木的葉面積密度的反演過(guò)程,同時(shí)可以間接估算出葉面積指數(shù),進(jìn)而通過(guò)樹(shù)木的垂分布來(lái)詳細(xì)估計(jì)植被的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
【圖文】：

圖 2-1 為魚目相機(jī)拍攝平臺(tái)和拍攝的半球圖像Fig 2-1 Platform and hemisphere image for fisheye camera近年來(lái)，已經(jīng)出現(xiàn)了很多種獲取冠層形態(tài)結(jié)構(gòu)和測(cè)量樹(shù)木參數(shù)的方法。首先，植物分析儀和傳統(tǒng)的樹(shù)木測(cè)量機(jī)械儀器效率低下，除了太陽(yáng)天頂角外，，還受葉片重疊和聚應(yīng)的影響。其次，高光譜輻射儀被用于從上到下測(cè)量冠層，通常包括從地面記錄的反

圖 2-2 LI-3000 葉面積指數(shù)分析儀和地面激光掃描雷達(dá)Fig 2-2 LI-3000 Leaf Area Index Analyzer and Terrestrial Laser Scanning.2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN957.52;S758.1

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本文編號(hào)：2683624