移动式激光雷达如何进行森林资源调查

前言

在传统林业调查中,调查数据的收集往往依赖于人工采集,费时费力。目前的背包或者手持(移动式)激光雷达,能够快速获取样地的点云数据,并能从点云数据中获取每颗单木的结构信息,如冠幅、胸径、树高等重要参数。从以往数据采集的经验告诉我,激光雷达并不是无所不能,不能适用于所有森林场景,而且对数据处理人员的要求较高。如果打算买一台移动式激光雷达仪器,需要明确其是否适用,否则可能浪费资金,且数据无法使用。本推文以移动式激光雷达(手持式、背包式)为例,介绍移动式激光雷达的结构和参数、以及在森林资源调查中移动式激光雷达的适用场景和如何进行数据采集

移动式激光雷达的结构和参数

为什么不介绍地基激光雷达?因为地基激光雷达扫描时间长,操作不便捷,虽然用于林木精细研究,但在生产中普通参数提取并不需要,而且价格昂贵。
手持式激光雷达。如下图所示,手持激光雷达的核心是激光雷达传感器,用于采集点云数据。其次是相机传感器,用于采集图片,并为点云附色,使其更像真实场景。个人习惯关闭相机采集,一是对结构参数提取无帮助,二是占用内存。若需生成震撼效果的图像,则可开启。
传感器的参数重点关注激光视场角、测距精度、测距和波长。还需注意数据是相对坐标还是绝对坐标,绝对坐标具备真实地理位置。若要用地理坐标提取样地的点云数据,需使用绝对坐标点云。购买手持激光雷达前,最好让商家提供仪器采集的数据,检查点云质量。

背包式激光雷达。下图为背包式激光雷达的构造,有点像将手持激光雷达背在背上。下图仪器重要构造有一个全景相机、RTK模块和一个激光雷达传感器,有些背包激光雷达还会在全景相机下面一点的位置在装一个激光雷达传感器。需要关注的传感器参数和手持的一样,不在赘述。

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移动式激光雷达的适用场景和数据采集

适用场景

手持式激光雷达。测量员握住手柄,尽量保持平举,采集范围内避免有人,适用于小样地数据采集。因需一直举着,在坡度较大林地使用困难,下层植被不能过高、密集,否则不利于后期数据处理。因此,手持激光雷达适用于样地尺度、地面较平缓、下层植被较稀疏的场景

对于背包式激光雷达。背在身上更便捷,适用于较大场景的数据采集,如公园、山场。但同样不适用于下层植被过高、密集的场景,且枝下高不能低于两米,避免仪器受损。背着仪器在坡度较大的森林中行走,若摔倒容易磕坏仪器。因此,背包激光雷达适用于较大范围(如公园、山场)、地面较平缓、下层植被较稀疏、枝下高不能低于两米的场景

无论是背包还是手持激光雷达,我不建议在胸径6cm以下林木分布密集的森林场景采集数据,数据采集、数据处理都很麻烦

数据采集的路线规划

方形样地点云数据采集

对于方形样地,推荐的路线是先走出三个边,再S形走回起点。部分激光雷达的点云数据不是绝对坐标,先走出三个边是为了在解析时用轨迹数据定住样地范围。那么如何确定扫描路线间距、树木是否采集到以及行走速度呢?以正常走路速度采集,采集中观察周围目标,想像你的眼睛就是激光雷达,你眼睛所能看到的就是能采集到的,如果有一个树木,你在采集范围内的任何一个位置任何角度都看不到,那么这颗树木你也就无法采集到。林木分布密集时,路线间距窄些;分布稀疏时,间距宽些。

路线规划

由于样地数据采集一般用于研究、建模,最好大致绘制样地内单木分布位置,不需很精确,并实测胸径,以便于后续数据处理。

单木位置分布图
公园点云数据采集

大范围场景中,数据采集同样采用S形路线。但在公园等大场景,可能会忘记采集到哪、是否重复。这时就得注意厂家所提供的app,他们的app一般会实时显示行走的轨迹,或者使用两步路这样有卫星影像且可保存轨迹的软件。这样采集人员能够清楚所处位置及上一条轨迹位置,以此参照继续采集数据,避免漏采。同时,注意周围环境、林木分布密度以及植被种类。

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