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通过定量结构建模进行无损树木体积估算：无人机激光扫描与地面激光雷达的比较

DOI：10.1016/j.rse.2019.111355 期刊：Remote Sensing of Environment 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 地上生物量（AGB）产品的校准与验证需要公顷级尺度的地面参考样地，以匹配星载任务的分辨率。传统森林调查方法采用异速生长方程估算单木AGB时存在偏差且精度较低，尤其处理大树时更为明显。地面激光扫描（TLS）与显式树木建模虽能直接估算树干体积，但耗时费力的野外工作制约了其应用。本研究旨在评估新型无人机激光扫描（UAV-LS）能否突破这一局限并取得可比结果。为此，在荷兰温带森林中对比测试了UAV-LS与TLS的显式树木建模性能。共对5个林分（含针阔叶树种）中200株胸径6-91厘米的树木进行扫描、分割，并通过TreeQSM方法建?！眉际跄艽蛹す獾阍乒菇ㄏ允绞髂灸Ｐ?。与TLS衍生模型的直接对比显示：在成熟山毛榉和橡树林分中，UAV-LS对直径≥30厘米的树干及枝条体积估算可靠（一致性相关系数CCC=0.85，均方根误差RMSE=1.12立方米）；纳入较小枝条体积会导致显著高估（CCC降至0.51，RMSE增至6.59立方米）。密林阻碍树干扫描使云杉林分CCC降至0.36，幼小树木因难以准确描绘树干周长更使CCC低至0.01。这种林分依赖性表明冠层结构对UAV-LS体积建模能力影响显著。优化飞行路径、重复航测或替代建模策略可改善此类条件下的建模效果。本研究为卫星AGB产品校准验证所需尺度上的快速树木体积与AGB估算提供了UAV-LS应用依据。
作者： Benjamin Brede，Kim Calders，Alvaro Lau，Pasi Raumonen，Harm M. Bartholomeus，Martin Herold，Lammert Kooistra
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

比较高密度无人机激光扫描（>1000点/平方米）与TLS点云在不同冠层结构（包括落叶树和针叶树物种）下的树木体积估算性能。

研究成果

在卫星地上生物量（AGB）校准与验证相关尺度上，无人机激光扫描（UAV-LS）点云采集速度显著快于地面激光扫描（TLS）。UAV-LS在卫星AGB产品校准与验证相关尺度上展现出快速估算树木体积和AGB的潜力，但其性能在不同林分间存在差异。

研究不足

该研究强调了林分结构的依赖性，表明冠层结构对无人机激光扫描（UAV-LS）体积建模能力具有重要影响。优化飞行路径、重复采集飞行或采用替代建模策略可提升此类条件下的UAV-LS建模性能。

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