解決方案丨天空地一體化森林資源調(diào)查

一、建設(shè)背景

森林資源是國家重要的自然資源和戰(zhàn)略資源，是林業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是建設(shè)生態(tài)文明的根本保障。自然資源部發(fā)布《關(guān)于開展2021年度全國森林資源調(diào)查監(jiān)測工作的通知》，要求以第三次全國國土調(diào)查成果為唯一底版，準(zhǔn)確查清全國及各?。▍^(qū)、市）2021年度森林資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，推進(jìn)構(gòu)建全國統(tǒng)一的森林資源調(diào)查監(jiān)測工作體系，為實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，為生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)評價考核提供科學(xué)依據(jù)。

當(dāng)前，森林資源調(diào)查監(jiān)測方法主要為衛(wèi)星遙感、航空遙感和實地調(diào)查三種，利用遙感技術(shù)可以大范圍、及時、準(zhǔn)確地調(diào)查森林資源并監(jiān)測森林變化。飛燕遙感運用多源遙感技術(shù)開展森林資源調(diào)查監(jiān)測工作，可以快速、大范圍、高精度地為森林資源調(diào)查監(jiān)測提供服務(wù)。

二、解決方案

（一） 總體思路

針對森林資源調(diào)查監(jiān)測地特點，飛燕遙感依托公司五甲測繪資質(zhì)、自研8.8億像素航空集成多傳感器航攝儀AIMS、多臺先進(jìn)數(shù)碼/機載激光雷達(dá)/傾斜航攝儀、無人機、三維激光掃描儀，基于二十年測繪地理信息領(lǐng)域數(shù)據(jù)獲取、處理及應(yīng)用經(jīng)驗，提出天空地一體化森林資源監(jiān)測方案——綜合運用衛(wèi)星遙感、機載激光雷達(dá)掃描、無人機航測、實地調(diào)查等方式，從多個維度，針對森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)監(jiān)測、森林病蟲害監(jiān)測等方面，推進(jìn)森林資源調(diào)查監(jiān)測工作順利開展，為生態(tài)文明建設(shè)提供技術(shù)支持。

（二）技術(shù)方案

利用天（衛(wèi)星遙感）+空（機載激光雷達(dá)掃描）+地（實地調(diào)查）一體化監(jiān)測體系，針對森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)監(jiān)測、森林病蟲害防治、森林冠層高度模型制作等業(yè)務(wù)需求，全方位實施森林資源調(diào)查監(jiān)測。

1. “天”：基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的森林資源調(diào)查監(jiān)測

飛燕遙感作為國內(nèi)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)代理商，可為用戶提供0.5m分辨率衛(wèi)星影像、亞米級普通光學(xué)影像、多譜段多光譜影像等遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，以及圖像處理、遙感解譯和基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的解決方案。在森林調(diào)查領(lǐng)域，支持森林資源調(diào)查、森林火災(zāi)監(jiān)測、森林病蟲害監(jiān)測等服務(wù)。

●森林資源調(diào)查

森林資源調(diào)查是利用多源多時相遙感數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、森林物候特征等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于多源、多時相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，提取遙感影像中的土地利用類型、樹種類型以及多時相影像間的森林類型變化信息。

樹種識別

●森林火災(zāi)監(jiān)測

森林火災(zāi)監(jiān)測是森林資源保護(hù)的重要業(yè)務(wù)，通過森林火點在遙感影像短波紅外、熱紅外波段的光譜特征，快速識別森林火點，為森林火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)提供支持。

森林火點提取

●森林病蟲害監(jiān)測

森林病蟲害是林業(yè)有害生物源之一，常見的包括松毛蟲、天牛、白蛾等病蟲害。利用多時相衛(wèi)星遙感影像，根據(jù)感染病蟲害樹木與正常樹木在影像上的明顯光譜差異，普查疑似病蟲害區(qū)域。針對衛(wèi)星遙感提取的疑似病蟲害區(qū)域和抽查的小班，采用無人機航測進(jìn)行詳查。實現(xiàn)全面、準(zhǔn)確、迅速監(jiān)測管理病蟲害，及時準(zhǔn)確發(fā)布病蟲害預(yù)警信息，有效指導(dǎo)病蟲害防控。

基于衛(wèi)星影像提取疑似病蟲害區(qū)域

      基于無人機影像提取疑似病蟲害區(qū)域

2. “空”：基于機載激光雷達(dá)技術(shù)的森林資源調(diào)查監(jiān)測

飛燕遙感依托公司五甲測繪資質(zhì)、自研8.8億像素航空集成多傳感器航攝儀AIMS、200萬赫茲機載激光雷達(dá)掃描儀RIEGL VQ 1560i、無人機等優(yōu)勢，在森林資源調(diào)查領(lǐng)域，可為用戶提供森林點云數(shù)據(jù)獲取、處理、分類，以及森林?jǐn)?shù)字表面模型DSM、數(shù)字高程模型DEM、冠層高度模型CHM制作等服務(wù)。

●點云數(shù)據(jù)獲取

激光雷達(dá)是一種新興的主動遙感技術(shù)，能夠在多時空尺度上獲取森林生態(tài)系統(tǒng)高分辨率的三維地形、植被結(jié)構(gòu)參數(shù)、葉面積指數(shù)等參數(shù)。一般按照承載平臺的不同，分為星載、機載和地面激光雷達(dá)。

針對大面積森林資源調(diào)查監(jiān)測，通常采用機載激光雷達(dá)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。機載激光雷達(dá)系統(tǒng)以有人機或無人機為搭載平臺，搭載的主要載荷包括激光傳感器、GNSS接收機、慣導(dǎo)系統(tǒng)（IMU）等，在數(shù)據(jù)獲取前，需預(yù)先確定機載激光雷達(dá)航攝儀的飛行范圍，明確飛行方向、航高、飛行速度、點云密度等參數(shù)。

原始點云

真實彩色點云

●點云數(shù)據(jù)預(yù)處理

點云數(shù)據(jù)預(yù)處理包括對航空攝影所獲取的激光點云、POS數(shù)據(jù)和地面基站等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓、差分、POS數(shù)據(jù)解算、激光檢校、點云數(shù)據(jù)生成、點云數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、點云數(shù)據(jù)姿態(tài)校正、點云數(shù)據(jù)噪聲點剔除、航帶間接邊等處理，以獲得能夠滿足后期數(shù)據(jù)處理及產(chǎn)品制作要求的點云數(shù)據(jù)。

●點云分類

對預(yù)處理后的點云進(jìn)行分類，將其分為地面點、植被點、非植被點。

點云分類后的地面點（棕色）、建筑物點（紅色）、植被點（綠色）

●數(shù)字表面模型（DSM）制作

數(shù)字地表模型（Digital Surface Model，DSM）是指包含了地表建筑物、橋梁和樹木等高度的地面高程模型。

以分類點云中所有地表點以及地表之上的植被、建筑物、構(gòu)筑物等自然及人工地物表面形態(tài)上的點均作為特征點，并以帶有高程信息的面狀水域范圍線作為特征線，構(gòu)建并輸出數(shù)字表面模型（DSM）產(chǎn)品。

基于激光點云生成的DSM

●數(shù)字高程模型（DEM）制作

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實現(xiàn)對地面地形的數(shù)字化模擬（即地形表面形態(tài)的數(shù)字化表達(dá)），是利用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型

在DSM的基礎(chǔ)上，濾除地表之上的植被、建筑物、構(gòu)筑物等自然及人工地物表面形態(tài)上的點，帶有高程信息的面狀水域范圍線作為特征線，參與數(shù)字高程模型（DEM）產(chǎn)品的構(gòu)建與輸出。

基于激光點云生成的DEM

●冠層高度模型（CHM）制作

森林冠層高度模型（Canopy Height Model，CHM）是一個表達(dá)植被距離地面高度的表面模型，通常基于數(shù)字表面模型DSM以及數(shù)字高程模型DEM，通過CHM = DSM–DEM，生成CHM。

基于激光點云生成的DSM、DEM、CHM模型

3. “地”：實地調(diào)查監(jiān)測

根據(jù)森林資源調(diào)查監(jiān)測區(qū)域范圍大小設(shè)置若干塊小樣地進(jìn)行人工實測，按照森林資源調(diào)查規(guī)范，對樣地范圍內(nèi)的立木進(jìn)行測量，主要測量指標(biāo)為胸徑、樹高、枝下高和冠幅。