解決方案丨天空地一體化(huà)森林(lín)資源調查

一、建設背景

森林(lín)資源是國家重要的(de)自然資源和(hé)戰略資源，是林(lín)業發展的(de)物(wù)質基礎，是建設生态文明(míng)的(de)根本保障。自然資源部發布《關于開展2021年度全國森林(lín)資源調查監測工作的(de)通(tōng)知》，要求以第三次全國國土調查成果爲唯一底版，準确查清全國及各省（區(qū)、市）2021年度森林(lín)資源現狀數據，推進構建全國統一的(de)森林(lín)資源調查監測工作體系，爲實現碳達峰、碳中和(hé)的(de)戰略目标提供數據服務，爲生态文明(míng)建設目标評價考核提供科學依據。

當前，森林(lín)資源調查監測方法主要爲衛星遙感、航空遙感和(hé)實地調查三種，利用(yòng)遙感技術可(kě)以大(dà)範圍、及時(shí)、準确地調查森林(lín)資源并監測森林(lín)變化(huà)。飛(fēi)燕遙感運用(yòng)多(duō)源遙感技術開展森林(lín)資源調查監測工作，可(kě)以快(kuài)速、大(dà)範圍、高(gāo)精度地爲森林(lín)資源調查監測提供服務。

二、解決方案

（一） 總體思路

針對(duì)森林(lín)資源調查監測地特點，飛(fēi)燕遙感依托公司五甲測繪資質、自研8.8億像素航空集成多(duō)傳感器航攝儀AIMS、多(duō)台先進數碼/機載激光(guāng)雷達/傾斜航攝儀、無人(rén)機、三維激光(guāng)掃描儀，基于二十年測繪地理(lǐ)信息領域數據獲取、處理(lǐ)及應用(yòng)經驗，提出天空地一體化(huà)森林(lín)資源監測方案——綜合運用(yòng)衛星遙感、機載激光(guāng)雷達掃描、無人(rén)機航測、實地調查等方式，從多(duō)個(gè)維度，針對(duì)森林(lín)資源調查、森林(lín)火災監測、森林(lín)病蟲害監測等方面，推進森林(lín)資源調查監測工作順利開展，爲生态文明(míng)建設提供技術支持。

（二）技術方案

利用(yòng)天（衛星遙感）+空（機載激光(guāng)雷達掃描）+地（實地調查）一體化(huà)監測體系，針對(duì)森林(lín)資源調查、森林(lín)火災監測、森林(lín)病蟲害防治、森林(lín)冠層高(gāo)度模型制作等業務需求，全方位實施森林(lín)資源調查監測。

1. “天”：基于衛星遙感技術的(de)森林(lín)資源調查監測

飛(fēi)燕遙感作爲國内高(gāo)分(fēn)辨率衛星數據代理(lǐ)商，可(kě)爲用(yòng)戶提供0.5m分(fēn)辨率衛星影(yǐng)像、亞米級普通(tōng)光(guāng)學影(yǐng)像、多(duō)譜段多(duō)光(guāng)譜影(yǐng)像等遙感數據産品，以及圖像處理(lǐ)、遙感解譯和(hé)基于衛星數據的(de)解決方案。在森林(lín)調查領域，支持森林(lín)資源調查、森林(lín)火災監測、森林(lín)病蟲害監測等服務。

●森林(lín)資源調查

森林(lín)資源調查是利用(yòng)多(duō)源多(duō)時(shí)相遙感數據、地形數據、森林(lín)物(wù)候特征等基礎數據，基于多(duō)源、多(duō)時(shí)相衛星遙感數據，提取遙感影(yǐng)像中的(de)土地利用(yòng)類型、樹種類型以及多(duō)時(shí)相影(yǐng)像間的(de)森林(lín)類型變化(huà)信息。

樹種識别

●森林(lín)火災監測

森林(lín)火災監測是森林(lín)資源保護的(de)重要業務，通(tōng)過森林(lín)火點在遙感影(yǐng)像短波紅外、熱(rè)紅外波段的(de)光(guāng)譜特征，快(kuài)速識别森林(lín)火點，爲森林(lín)火災監測預警業務提供支持。

森林(lín)火點提取

●森林(lín)病蟲害監測

森林(lín)病蟲害是林(lín)業有害生物(wù)源之一，常見的(de)包括松毛蟲、天牛、白蛾等病蟲害。利用(yòng)多(duō)時(shí)相衛星遙感影(yǐng)像，根據感染病蟲害樹木(mù)與正常樹木(mù)在影(yǐng)像上的(de)明(míng)顯光(guāng)譜差異，普查疑似病蟲害區(qū)域。針對(duì)衛星遙感提取的(de)疑似病蟲害區(qū)域和(hé)抽查的(de)小班，采用(yòng)無人(rén)機航測進行詳查。實現全面、準确、迅速監測管理(lǐ)病蟲害，及時(shí)準确發布病蟲害預警信息，有效指導病蟲害防控。

基于衛星影(yǐng)像提取疑似病蟲害區(qū)域

      基于無人(rén)機影(yǐng)像提取疑似病蟲害區(qū)域

2. “空”：基于機載激光(guāng)雷達技術的(de)森林(lín)資源調查監測

飛(fēi)燕遙感依托公司五甲測繪資質、自研8.8億像素航空集成多(duō)傳感器航攝儀AIMS、200萬赫茲機載激光(guāng)雷達掃描儀RIEGL VQ 1560i、無人(rén)機等優勢，在森林(lín)資源調查領域，可(kě)爲用(yòng)戶提供森林(lín)點雲數據獲取、處理(lǐ)、分(fēn)類，以及森林(lín)數字表面模型DSM、數字高(gāo)程模型DEM、冠層高(gāo)度模型CHM制作等服務。

●點雲數據獲取

激光(guāng)雷達是一種新興的(de)主動遙感技術，能夠在多(duō)時(shí)空尺度上獲取森林(lín)生态系統高(gāo)分(fēn)辨率的(de)三維地形、植被結構參數、葉面積指數等參數。一般按照(zhào)承載平台的(de)不同，分(fēn)爲星載、機載和(hé)地面激光(guāng)雷達。

針對(duì)大(dà)面積森林(lín)資源調查監測，通(tōng)常采用(yòng)機載激光(guāng)雷達方式進行數據獲取。機載激光(guāng)雷達系統以有人(rén)機或無人(rén)機爲搭載平台，搭載的(de)主要載荷包括激光(guāng)傳感器、GNSS接收機、慣導系統（IMU）等，在數據獲取前，需預先确定機載激光(guāng)雷達航攝儀的(de)飛(fēi)行範圍，明(míng)确飛(fēi)行方向、航高(gāo)、飛(fēi)行速度、點雲密度等參數。

原始點雲

真實彩色點雲

●點雲數據預處理(lǐ)

點雲數據預處理(lǐ)包括對(duì)航空攝影(yǐng)所獲取的(de)激光(guāng)點雲、POS數據和(hé)地面基站等原始數據進行解壓、差分(fēn)、POS數據解算(suàn)、激光(guāng)檢校、點雲數據生成、點雲數據坐(zuò)标轉換、點雲數據姿态校正、點雲數據噪聲點剔除、航帶間接邊等處理(lǐ)，以獲得(de)能夠滿足後期數據處理(lǐ)及産品制作要求的(de)點雲數據。

●點雲分(fēn)類

對(duì)預處理(lǐ)後的(de)點雲進行分(fēn)類，将其分(fēn)爲地面點、植被點、非植被點。

點雲分(fēn)類後的(de)地面點（棕色）、建築物(wù)點（紅色）、植被點（綠色）

●數字表面模型（DSM）制作

數字地表模型（Digital Surface Model，DSM）是指包含了(le)地表建築物(wù)、橋梁和(hé)樹木(mù)等高(gāo)度的(de)地面高(gāo)程模型。

以分(fēn)類點雲中所有地表點以及地表之上的(de)植被、建築物(wù)、構築物(wù)等自然及人(rén)工地物(wù)表面形态上的(de)點均作爲特征點，并以帶有高(gāo)程信息的(de)面狀水(shuǐ)域範圍線作爲特征線，構建并輸出數字表面模型（DSM）産品。

基于激光(guāng)點雲生成的(de)DSM

●數字高(gāo)程模型（DEM）制作

數字高(gāo)程模型（Digital Elevation Model，DEM）是通(tōng)過有限的(de)地形高(gāo)程數據實現對(duì)地面地形的(de)數字化(huà)模拟（即地形表面形态的(de)數字化(huà)表達），是利用(yòng)一組有序數值陣列形式表示地面高(gāo)程的(de)一種實體地面模型

在DSM的(de)基礎上，濾除地表之上的(de)植被、建築物(wù)、構築物(wù)等自然及人(rén)工地物(wù)表面形态上的(de)點，帶有高(gāo)程信息的(de)面狀水(shuǐ)域範圍線作爲特征線，參與數字高(gāo)程模型（DEM）産品的(de)構建與輸出。

基于激光(guāng)點雲生成的(de)DEM

●冠層高(gāo)度模型（CHM）制作

森林(lín)冠層高(gāo)度模型（Canopy Height Model，CHM）是一個(gè)表達植被距離地面高(gāo)度的(de)表面模型，通(tōng)常基于數字表面模型DSM以及數字高(gāo)程模型DEM，通(tōng)過CHM = DSM–DEM，生成CHM。

基于激光(guāng)點雲生成的(de)DSM、DEM、CHM模型

3. “地”：實地調查監測

根據森林(lín)資源調查監測區(qū)域範圍大(dà)小設置若幹塊小樣地進行人(rén)工實測，按照(zhào)森林(lín)資源調查規範，對(duì)樣地範圍内的(de)立木(mù)進行測量，主要測量指标爲胸徑、樹高(gāo)、枝下(xià)高(gāo)和(hé)冠幅。