基于地面激光雷达点云的树木冠层变化定量分析

杨水荣，黄洪宇，唐丽玉，陈崇成

(福州大学空间数据挖掘与信息共享教育部重点实验室，福州大学地理空间信息技术国家地方联合工程研究中心，福建 福州 350108)

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树木空间结构及动态变化信息，对于树木经营管理、 生态环境建模和植物表型学的研究等具有重要意义. 森林尺度的树木变化检测以森林树木在物候期及人工干扰等情况下生物量及结构变化研究为主[1]. 目前对于单木变化检测大部分侧重于树木生长生理变化，借助微树芯、 生长锥[2]等方式进行单木对象的变化检测对树木有一定破坏性，且树木径向生长测量精度不高. 地面激光扫描仪(terrestrial laser scanner，TLS)具有获取单木尺度的树木形态结构信息的能力，能获取高精度的单木枝干、 冠层结构信息和对树木无破坏性获取等优点[3]. 目前，基于TLS点云数据的单木尺度树木冠层变化检测主要从两方面展开. 一方面，通过空间统计分析对不同阶段植物冠层点云的百分位高度进行比较，量化植物在特定状态或时间段冠层移动及节律性变化[4]. 该方式虽然简单，但对实验条件要求严格，需排除风扰动等外界影响因素，难以在常规室外环境中实施，无法体现树冠在表型结构上的变化. 另一方面，通过重建不同时期单木的定量结构模型(quantitative structure model，QSM)[5]或基于体素的枝干结构模型[6]，监测冠层结构参数变化情况，反映树木冠层扩展[7]及枝干体积量变化[8]. 该方式只适用于落叶或无叶树木，不适用于含有茂盛枝叶……