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