基于地面激光雷達點云的樹木冠層變化定量分析

楊水榮，黃洪宇，唐麗玉，陳崇成

(福州大學空間數據挖掘與信息共享教育部重點實驗室，福州大學地理空間信息技術國家地方聯合工程研究中心，福建 福州 350108)

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樹木空間結構及動態變化信息，對于樹木經營管理、 生態環境建模和植物表型學的研究等具有重要意義. 森林尺度的樹木變化檢測以森林樹木在物候期及人工干擾等情況下生物量及結構變化研究為主[1]. 目前對于單木變化檢測大部分側重于樹木生長生理變化，借助微樹芯、 生長錐[2]等方式進行單木對象的變化檢測對樹木有一定破壞性，且樹木徑向生長測量精度不高. 地面激光掃描儀(terrestrial laser scanner，TLS)具有獲取單木尺度的樹木形態結構信息的能力，能獲取高精度的單木枝干、 冠層結構信息和對樹木無破壞性獲取等優點[3]. 目前，基于TLS點云數據的單木尺度樹木冠層變化檢測主要從兩方面展開. 一方面，通過空間統計分析對不同階段植物冠層點云的百分位高度進行比較，量化植物在特定狀態或時間段冠層移動及節律性變化[4]. 該方式雖然簡單，但對實驗條件要求嚴格，需排除風擾動等外界影響因素，難以在常規室外環境中實施，無法體現樹冠在表型結構上的變化. 另一方面，通過重建不同時期單木的定量結構模型(quantitative structure model，QSM)[5]或基于體素的枝干結構模型[6]，監測冠層結構參數變化情況，反映樹木冠層擴展[7]及枝干體積量變化[8]. 該方式只適用于落葉或無葉樹木，不適用于含有茂盛枝葉……