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    解決方案丨天空地一體化森林資源調查

    發布日期:2022-02-16 10:37 瀏覽量:999

    一、建設背景

    森林資源是國家重要的自然資源和戰略資源,是林業發展的物質基礎,是建設生態文明的根本保障。自然資源部發布《關于開展2021年度全國森林資源調查監測工作的通知》,要求以第三次全國國土調查成果為唯一底版,準確查清全國及各?。▍^、市)2021年度森林資源現狀數據,推進構建全國統一的森林資源調查監測工作體系,為實現碳達峰、碳中和的戰略目標提供數據服務,為生態文明建設目標評價考核提供科學依據。

    當前,森林資源調查監測方法主要為衛星遙感、航空遙感和實地調查三種,利用遙感技術可以大范圍、及時、準確地調查森林資源并監測森林變化。飛燕遙感運用多源遙感技術開展森林資源調查監測工作,可以快速、大范圍、高精度地為森林資源調查監測提供服務。

    二、解決方案

    (一) 總體思路

    針對森林資源調查監測地特點,飛燕遙感依托公司五甲測繪資質、自研8.8億像素航空集成多傳感器航攝儀AIMS、多臺先進數碼/機載激光雷達/傾斜航攝儀、無人機、三維激光掃描儀,基于二十年測繪地理信息領域數據獲取、處理及應用經驗,提出天空地一體化森林資源監測方案——綜合運用衛星遙感、機載激光雷達掃描、無人機航測、實地調查等方式,從多個維度,針對森林資源調查、森林火災監測、森林病蟲害監測等方面,推進森林資源調查監測工作順利開展,為生態文明建設提供技術支持。

    (二)技術方案

    利用天(衛星遙感)+空(機載激光雷達掃描)+地(實地調查)一體化監測體系,針對森林資源調查、森林火災監測、森林病蟲害防治、森林冠層高度模型制作等業務需求,全方位實施森林資源調查監測。

    1. “天”:基于衛星遙感技術的森林資源調查監測

    飛燕遙感作為國內高分辨率衛星數據代理商,可為用戶提供0.5m分辨率衛星影像、亞米級普通光學影像、多譜段多光譜影像等遙感數據產品,以及圖像處理、遙感解譯和基于衛星數據的解決方案。在森林調查領域,支持森林資源調查、森林火災監測、森林病蟲害監測等服務。


    森林資源調查


    森林資源調查是利用多源多時相遙感數據、地形數據、森林物候特征等基礎數據,基于多源、多時相衛星遙感數據,提取遙感影像中的土地利用類型、樹種類型以及多時相影像間的森林類型變化信息。

    樹種識別


    森林火災監測


    森林火災監測是森林資源保護的重要業務,通過森林火點在遙感影像短波紅外、熱紅外波段的光譜特征,快速識別森林火點,為森林火災監測預警業務提供支持。

    森林火點提取


    森林病蟲害監測


    森林病蟲害是林業有害生物源之一,常見的包括松毛蟲、天牛、白蛾等病蟲害。利用多時相衛星遙感影像,根據感染病蟲害樹木與正常樹木在影像上的明顯光譜差異,普查疑似病蟲害區域。針對衛星遙感提取的疑似病蟲害區域和抽查的小班,采用無人機航測進行詳查。實現全面、準確、迅速監測管理病蟲害,及時準確發布病蟲害預警信息,有效指導病蟲害防控。

    基于衛星影像提取疑似病蟲害區域

          基于無人機影像提取疑似病蟲害區域

    2. “空”:基于機載激光雷達技術的森林資源調查監測

    飛燕遙感依托公司五甲測繪資質、自研8.8億像素航空集成多傳感器航攝儀AIMS、200萬赫茲機載激光雷達掃描儀RIEGL VQ 1560i、無人機等優勢,在森林資源調查領域,可為用戶提供森林點云數據獲取、處理、分類,以及森林數字表面模型DSM、數字高程模型DEM、冠層高度模型CHM制作等服務。


    點云數據獲取


    激光雷達是一種新興的主動遙感技術,能夠在多時空尺度上獲取森林生態系統高分辨率的三維地形、植被結構參數、葉面積指數等參數。一般按照承載平臺的不同,分為星載、機載和地面激光雷達。

    針對大面積森林資源調查監測,通常采用機載激光雷達方式進行數據獲取。機載激光雷達系統以有人機或無人機為搭載平臺,搭載的主要載荷包括激光傳感器、GNSS接收機、慣導系統(IMU)等,在數據獲取前,需預先確定機載激光雷達航攝儀的飛行范圍,明確飛行方向、航高、飛行速度、點云密度等參數。

    原始點云

         

    真實彩色點云


    點云數據預處理


    點云數據預處理包括對航空攝影所獲取的激光點云、POS數據和地面基站等原始數據進行解壓、差分、POS數據解算、激光檢校、點云數據生成、點云數據坐標轉換、點云數據姿態校正、點云數據噪聲點剔除、航帶間接邊等處理,以獲得能夠滿足后期數據處理及產品制作要求的點云數據。


    點云分類


    對預處理后的點云進行分類,將其分為地面點、植被點、非植被點。

    點云分類后的地面點(棕色)、建筑物點(紅色)、植被點(綠色)


    數字表面模型(DSM)制作


    數字地表模型(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。

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

    基于激光點云生成的DSM


    數字高程模型(DEM)制作


    數字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)是通過有限的地形高程數據實現對地面地形的數字化模擬(即地形表面形態的數字化表達),是利用一組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型

    在DSM的基礎上,濾除地表之上的植被、建筑物、構筑物等自然及人工地物表面形態上的點,帶有高程信息的面狀水域范圍線作為特征線,參與數字高程模型(DEM)產品的構建與輸出。

    基于激光點云生成的DEM


    冠層高度模型(CHM)制作


    森林冠層高度模型(Canopy Height Model,CHM)是一個表達植被距離地面高度的表面模型,通?;跀底直砻婺P虳SM以及數字高程模型DEM,通過CHM = DSM–DEM,生成CHM。

    基于激光點云生成的DSM、DEM、CHM模型

    3. “地”:實地調查監測

    根據森林資源調查監測區域范圍大小設置若干塊小樣地進行人工實測,按照森林資源調查規范,對樣地范圍內的立木進行測量,主要測量指標為胸徑、樹高、枝下高和冠幅。

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