霍朗宁 张晓丽

(北京林业大学精准林业北京市重点实验室 北京 100083)

激光雷达(light detection and ranging，LiDAR)是一种集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(inertial navigation systems，INS)于一身的用于获取地面及地面目标三维空间信息的主动式雷达探测技术系统。将LiDAR应用于林业领域，不仅能够生成地面地形特征，还能够得到林木树冠表面和垂直结构信息，如树高、冠幅、胸径、生物量等，可为森林生物量、生长模型等研究提供数据支撑(Næsset，2002；Hyyppäetal.，2001)。近年来，随着科学技术快速发展，LiDAR数据获取成本不断下降，应用于林业领域的研究也越来越多，特别是机载LiDAR，探测森林垂直结构的优势日益突出，在林分和单木尺度森林信息提取方面的探索逐步深入(Pedersenetal.，2012；Hyyppäetal.，2012；Packalenetal.，2015)。在单木尺度方面，如果能够通过机载LiDAR数据获取林分中单木位置、树高、冠幅等信息，将极大提高森林经营管理效率，为林木生长动态评估、林分择伐作业、森林可视化经营等提供数据支持。

在LiDAR单木提取研究中，树冠2D分割和3D空间信息分割是2种主要的分割方式(Hyyppäetal.，1999；Solbergetal.，2006；Tangetal.，2007；Ferrazetal.，2012)。其中，常用的2D分割方法有分水岭分割(Tangetal.，2007；Eneetal.，2012)、区域增长法分割(Hyyppäetal.，1999；2001；Solbergetal.，2006)等，但这些方法存在一个共通的问题，即依赖CHM进行分割操作，CHM的滤波效果会极大影响最终提取效果(Eneetal.，2012)，且很可能导致信息丢失。从原理上分析，基于CHM构建并进行分割的方法仍为基于表面模型信息的分割，往往是在对最上层点云进行分割、划分单木位置和冠幅范围后将下层点云与之叠加，由于中下层点云利用率较低，数据信息没有充分挖掘，复杂林分结构条件下几乎无法提取到中下层林木，因此研究结果应用范围受限。……