前言
林木是森林的基本構(gòu)成單元，精準(zhǔn)獲取林木結(jié)構(gòu)參數(shù)對于森林資源調(diào)查、估測森林蓄積量以及構(gòu)建森林生長模型具有重要意義。在森林資源調(diào)查中，胸徑是一個極為重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。掌握森林中每棵樹木的胸徑，基本上就能了解森林的生長狀況，并且可以通過胸徑計算出單株樹木的材積、森林的蓄積量以及碳儲量等關(guān)鍵森林屬性。
地面激光雷達(dá)（如手持或背包激光雷達(dá)）能夠快速獲取林木的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，通過專業(yè)的點(diǎn)云處理軟件可以提取每棵樹木的胸徑。Lidar360是一款專門用于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的軟件，并且針對林業(yè)調(diào)查的需求開發(fā)了相關(guān)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊。本文將基于地面激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，使用Lidar360提取樹木的胸徑。
補(bǔ)充一句：在使用工具之前，我們首先需要了解其優(yōu)勢和不足。在應(yīng)用中，地面激光雷達(dá)的優(yōu)勢在于能夠較為準(zhǔn)確地進(jìn)行單木分割，并提取每棵樹的胸徑。然而，其劣勢在于樹高的提取易受樹冠密集程度的影響。樹冠越密集，測得的樹高就越不準(zhǔn)確。地面激光雷達(dá)更適用于地勢平緩、范圍類似普通公園大小的場景進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
數(shù)據(jù)處理流程
激光雷達(dá)在林業(yè)中的應(yīng)用能夠準(zhǔn)確提取單木的結(jié)構(gòu)參數(shù)。數(shù)據(jù)采集后的點(diǎn)云處理步驟通常較為一致：首先裁剪出研究區(qū)內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行地面點(diǎn)濾波，接著進(jìn)行基于地面點(diǎn)的高度歸一化，之后進(jìn)行單木分割（地面和機(jī)載分割方法有所不同），最后提取單木的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)。
1、預(yù)處理（裁剪）
如果地面激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采用的是絕對坐標(biāo)，處理步驟為：工具_(dá)> 裁剪 _> 按多邊形裁剪。導(dǎo)入邊界的矢量文件進(jìn)行裁剪。
如果地面激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采用的是相對坐標(biāo)，數(shù)據(jù)采集時需要先使用手持激光雷達(dá)沿研究區(qū)外邊界走一圈（樣地走三個邊界即可），然后再進(jìn)入研究區(qū)內(nèi)采集數(shù)據(jù)，因為激光雷達(dá)會記錄軌跡文件。后續(xù)可以根據(jù)軌跡大致進(jìn)行裁剪，或者將軌跡生成外邊界矢量文件再進(jìn)行裁剪。。
裁剪時需要注意，如果嚴(yán)格按照邊界進(jìn)行裁剪，可能會導(dǎo)致一些邊界上的樹木樹冠被截斷，甚至斜向生長出邊界的樹干也可能被裁剪掉。為避免這種情況，我通常會將邊界向外擴(kuò)展一到兩米后再進(jìn)行裁剪。之后，再對裁剪后的結(jié)果進(jìn)行目視檢查，并進(jìn)行更精細(xì)的裁剪，以確保處理的準(zhǔn)確性。
2、提取胸徑
- 地面點(diǎn)濾波
以CSF地面點(diǎn)濾波為例，工具箱 _> 分類 _> CSF地面點(diǎn)濾波，如下圖。初始類別是指要被分類的點(diǎn)云，未做過處理的數(shù)據(jù)只有創(chuàng)建點(diǎn)，未分類這一類。目標(biāo)類別就是將要分的地面點(diǎn)。重要參數(shù)設(shè)置：一是場景設(shè)置，選擇與實際地形對應(yīng)的場景類型（陡坡、緩坡、平地），二是分類閾值這里說的是布料與點(diǎn)的距離，這并不利于新手的理解，可以理解為CSF方法會先形成地面高度模型，與地面高度處置距離小于閾值的點(diǎn)都是地面點(diǎn)。這個參數(shù)可以需要進(jìn)行設(shè)置調(diào)整，我的要求是盡量不讓地面點(diǎn)包含樹木主干點(diǎn)。
- 根據(jù)地面點(diǎn)歸一化
工具箱 _> 數(shù)據(jù)管理 _> 點(diǎn)云工具 _> 根據(jù)地面點(diǎn)歸一化。這一步為了獲取更準(zhǔn)確的單株高度以及確定胸徑位置，參數(shù)注意輸出路徑即可。
- 單木分割
工具箱 _> 地基林業(yè) _> 基于樹干分割。選擇歸一化后的點(diǎn)云文件，這里比較重要的參數(shù)就是高于地面點(diǎn)高度的設(shè)置，為避免下層植被的影響，該值可以設(shè)置的稍大些，依據(jù)掃描場景下層植被高度設(shè)置。其它參數(shù)默認(rèn)即可。
輸出結(jié)果：最后單木結(jié)構(gòu)參數(shù)會以表格顯示，除了胸徑還會輸出樹高、冠幅等一些結(jié)構(gòu)參數(shù)。
