激光雷达森林生态应用 理论、方法及实例PDF电子书下载

第一篇 基础原理 3

第1章 激光雷达主动遥感技术的起源与发展分化 3

1.1激光雷达技术简介及发展历史 4

1.2激光雷达分类 6

1.3主要商业激光雷达设备简介 8

1.3.1国外主要商业激光雷达设备 8

1.3.2国内主要商业激光雷达设备 10

1.4激光雷达数据专业处理软件简介 11

1.5激光雷达在森林生态学中的应用价值 12

1.6小结 15

参考文献 16

第2章 激光雷达工作原理 20

2.1激光扫描仪的测距原理 20

2.1.1脉冲式测距 20

2.1.2相位式测距 21

2.1.3测距精度 22

2.2激光扫描仪的辐射原理 24

2.2.1激光雷达方程 24

2.2.2辐射回波信号 26

2.3地基激光雷达工作原理 27

2.3.1地基激光雷达系统组成 27

2.3.2地基激光雷达系统的主要参数 29

2.4机载激光雷达工作原理 30

2.4.1机载激光雷达系统组成 30

2.4.2机载激光雷达系统的主要参数 35

2.5星载激光雷达工作原理 36

2.5.1星载激光雷达系统组成 38

2.5.2星载激光雷达系统的主要参数 39

2.6小结 39

参考文献 40

第3章 激光雷达外业工作流程和系统误差来源 41

3.1地基激光雷达扫描系统作业基本流程 41

3.1.1扫描前期准备 41

3.1.2扫描作业规划 43

3.1.3数据采集作业 43

3.1.4数据初期检验 44

3.2机载激光雷达扫描系统作业基本流程 46

3.2.1机载激光雷达作业流程概述 46

3.2.2 航测前期准备工作 47

3.2.3航测方案规划设计 48

3.2.4航测数据采集作业 50

3.3地基激光雷达扫描系统误差来源 53

3.4机载激光雷达扫描系统误差来源 53

3.4.1飞行平台误差 54

3.4.2 POS系统误差 54

3.4.3激光传感器误差 55

3.4.4系统集成误差 55

3.5小结 56

参考文献 56

第二篇 技术方法 59

第4章 激光雷达点云数据格式 59

4.1点云数据格式、组成和特点 59

4.1.1点云数据格式和组成 59

4.1.2点云数据特点 67

4.2点云数据索引 68

4.3点云数据的读取 71

4.3.1为什么选用Python编程语言？ 71

4.3.2 Python的基本语法 72

4.3.3 Python读取激光雷达数据及其索引 73

4.4小结 75

参考文献 76

第5章 激光雷达数据滤波和数字高程模型生成 77

5.1滤波简介 77

5.1.1基本概念 77

5.1.2滤波的难点 79

5.2滤波方法概述 80

5.2.1基于坡度的滤波方法 80

5.2.2基于形态学的滤波方法 81

5.2.3基于插值的滤波方法 88

5.2.4基于渐进三角网加密的滤波方法 90

5.2.5基于分割思想的滤波方法 92

5.2.6混合滤波方法 93

5.3滤波精度评价比较 95

5.4 DEM的生成 97

5.4.1 DEM插值方法与比较 97

5.4.2 DEM误差分析 100

5.4.3 DEM精度分析 102

5.5小结 107

参考文献 107

第6章 地基激光雷达数据分析和特征提取 111

6.1点云解算 111

6.2点云配准 112

6.3噪声去除 114

6.3.1基于空间分布的去噪算法 114

6.3.2基于聚类的去噪算法 116

6.3.3基于密度的去噪算法 116

6.4点云特征提取 118

6.4.1颜色特征 118

6.4.2局部几何特征 118

6.5点云分类 121

6.5.1基于模型拟合的点云分类 121

6.5.2基于区域增长的点云分类 124

6.5.3基于聚类的点云分类 126

6.6小结 129

参考文献 129

第7章 机载激光雷达数据分析和特征提取 132

7.1机载激光雷达数据处理流程 132

7.2机载激光雷达数据解算 134

7.3航带拼接与航带平差 137

7.4点云数据的粗差探测 139

7.4.1粗差定义和来源 139

7.4.2粗差探测与剔除 140

7.5机载激光雷达点云分类和目标提取 141

7.5.1点云分类和目标提取方法简介 141

7.5.2点云监督分类流程及精度分析 143

7.5.3点云监督分类过程中的特征提取 144

7.6小结 152

参考文献 152

第8章 星载激光雷达数据分析和特征提取 158

8.1 GLAS简介 158

8.1.1概述 158

8.1.2 GLAS产品简介 160

8.1.3 GLAS数据获取与数据类型 162

8.2 GLAS波形数据处理与参数提取 163

8.2.1 GLAS波形数据处理 163

8.2.2 GLAS波形参数提取 165

8.3 GLAS数据应用 170

8.3.1大区域尺度树高估算 171

8.3.2大区域尺度地上生物量估算 175

8.4小结 180

参考文献 181

第9章 森林结构参数提取 184

9.1群落水平林业结构参数 184

9.1.1群落垂直结构剖面 184

9.1.2群落结构参数及层片结构 185

9.2单木水平林业结构参数提取 186

9.2.1单木分割 186

9.2.2结构参数批量提取 194

9.3小结 201

参考文献 202

第10章 生态系统功能参数反演与大尺度模拟 206

10.1冠盖度与郁闭度 206

10.2叶面积指数 212

10.2.1理论基础 213

10.2.2地基激光雷达提取LAI 214

10.2.3机载激光雷达提取LAI 218

10.2.4星载激光雷达提取LAI 221

10.3地上生物量 223

10.3.1基于大光斑激光雷达的森林地上生物量估算 223

10.3.2基于小光斑激光雷达的森林地上生物量估算 225

10.4小结 226

参考文献 226

第三篇 应用与前沿展望 233

第11章 激光雷达技术在森林生态系统动态监控中的应用 233

11.1森林动态监控 233

11.1.1基于激光雷达的森林动态监控 234

11.1.2基于激光雷达的森林生长模型构建 237

11.2林火监控和林火烈度评估 241

11.2.1基于激光雷达的林火实时监控 242

11.2.2基于激光雷达的林火烈度评估 244

11.2.3基于激光雷达的森林可燃物载量估算 247

11.3森林疏伐区检测 249

11.4小结 251

参考文献 252

第12章 激光雷达技术在森林生物多样性、生态水文及生态模型中的应用 257

12.1激光雷达技术在生物多样性研究中的应用 257

12.1.1遥感技术在生物多样性研究进展 258

12.1.2激光雷达技术在生物多样性研究中的应用实例 261

12.1.3激光雷达技术在生物多样性监测网络中的发展前景 266

12.2激光雷达技术在生态水文研究中的应用 267

12.3激光雷达技术在生态模型中的应用 269

12.4小结 271

参考文献 272

第13章 基于激光雷达技术的植被三维可视化重建 277

13.1单木水平的三维重建 277

13.2景观水平的三维可视化模拟 282

13.3植被三维重建的应用领域 286

13.4小结 287

参考文献 288

第14章 近地面移动激光雷达平台的兴起及其生态应用 291

14.1背包激光雷达系统 291

14.1.1背包激光雷达系统的硬件组成 292

14.1.2背包激光雷达系统的工作原理 293

14.1.3背包激光雷达数据示例 295

14.2车载激光雷达系统 296

14.2.1车载激光雷达系统的硬件组成 297

14.2.2车载激光雷达系统的工作原理 297

14.2.3车载激光雷达数据示例 301

14.3无人机及其他近地面激光雷达系统 301

14.3.1无人机激光雷达系统的硬件组成 303

14.3.2无人机激光雷达系统的工作原理 305

14.3.3无人机激光雷达数据示例 305

14.4近地面移动激光雷达平台的生态应用 307

14.4.1在城市生态系统中的应用 307

14.4.2在湿地生态系统中的应用 309

14.4.3在草地生态系统中的应用 310

14.4.4在农田生态系统中的应用 311

14.5小结 315

参考文献 315

第15章 激光雷达技术面临的挑战与应用展望 317

15.1激光雷达的技术展望 317

15.1.1传感器的研发和创新 317

15.1.2多源异构数据融合 321

15.1.3激光雷达在大数据时代的发展和机遇 325

15.2激光雷达在森林生态系统的应用展望 328

15.3小结 330

参考文献 331

索引 335