基于地面激光扫描的活立木叶面积指数研究.pdf

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1、致谢毕业论文的开始意味着研究生生涯的结束，回忆过往时光，心中颇多感触，众多良师益友和亲人对我的帮助和鼓励终生难忘。我的毕业论文研究是在导师薛联凤教授和云挺教授的悉心指导下完成的，两年多来，薛老师在学习生活，科研和为人处世上给了我极大的引导和帮助。薛老师不仅在学习上给予了我耐心的指导和鼓励，还很注意因材施教，让我在学习和工作锻炼两个方面都有了明显的提升。薛老师渊博的知识，严谨治学的态度，不辞辛劳的工作作风和开朗务实的人格给我留下了深刻的印象，值得我用一生去学习和效仿。值此论文完成之际，谨向我的导师致以最诚挚的谢意！其次感

2、谢云挺教授在本人科研道路上的帮助，云老师不仅给我在毕业选题上给予了一盏明灯，而且在每一个实验的细节和拓展方面指点颇多。可以这么说，如果没有云老师的谆谆教诲，就没有我今天的成绩和现在的论文。在此，致以本人最衷心的感谢！同时感谢嵇俊，刘俊焱，喻垚慎等同学在实地树木点云数据采集过程中的通力协作，感谢师弟罗毅，张冬等在算法和实验过程中建议。最后，向参加此次论文评阅和答辩的各位专家和老师致以诚挚的谢意！作者：高纪青二○一五年六月一日摘要活立木叶面是它与外界环境发生相互作用的主要场所，与其相关的叶面积指数测量对研究植物的生长、光合

3、和呼吸作用、以及研究植被碳化量都有着重要意义。但是，传统的叶面积指数测定方法消耗非常多的人力和时间，而且测量时大多会对目标对象产生不可恢复的破坏性。为了更加快捷，方便，无损的测量测定活立木的叶面积指数，本研究采用激光扫描仪采集稠密植物的点云数据，利用图像处理的方法得到有效的叶面积指数，本次实验选择了单株和林分冠层的两个方面来研究。(1)单株叶面积指数计算：为了准确获得叶面积指数，该部分提出了一种基于投影算法和测地线活动轮廓模型的计算方法。首先对地面激光扫描仪(TerrestrialLaserScanning,TLS)获

4、取的树木点云数据通经一定比例缩放在一个球的上表面，再通过球极平面投影和Lambert方位角等面积投影将上球面图像投射到平面上，借助地理学上纬度线的概念来表征不同高度叶子的天顶角，通过统计学方法获取叶倾角，然后用测地线活动轮廓模型对投影后的图像进行叶面部分分割，获取孔隙率。根据Beer-Lambert定律即可计算有效叶面积指数(LAIe);真实叶面积指数(LAIa)的获取则通过有效地分层处理，解决叶子的重叠问题。(2)林分冠层的叶面积指数计算：为了准确获得冠层的叶面积指数，该部分提出了一种基于鱼目摄像和地面激光雷达获取半

5、球图像的计算方法。对鱼目摄像机拍摄的图片借助地理学上纬度线的概念来表征不同高度叶子的天顶角，通过统计学方法获取叶倾角，分析半球图像以获取孔隙率。根据Beer-Lambert定律即可计算有效叶面积指数(LAIe);真实叶面积指数(LAIa)的获取则通过冠层的丛生系数来解决。激光扫描仪获取的冠层点云数据则经一定比例缩放在一个球的上表面，再通过球极平面投影和Lambert方位角等面积投影将上球面图像投射到平面上，以获取类似半球图像。(3)论文最后，将得到数据与实测真实叶面积指数进行比较，证明该方法的准确性、可行性。关键词:叶

6、面积指数；测地线活动轮廓模型；球极平面投影；Lambert方位角等面积投影；鱼目摄像IAbstractStumpage’sleafisthemainplacethatitinteractswiththeexternalenvironment,anditsLeafAreaIndexmeasurementsongrowth,photosynthesisandrespiration,aswellastheamountofvegetationcarbonizationofplantareofgreatsignificance.

7、However,thetraditionalmethodofmeasuringLeafAreaIndexconsumesalotofmanpowerandtime,andmostofthetargetobjectwillproduceanunrecoverabledestructivemeasurement.Forfasterandmoreconvenient,non-destructivemeasurementofLeafAreaIndexdeterminationofstumpage,thisresearchado

8、ptstheLaserScanningcollectingpointclouddatafromdenseplants,theuseofimageprocessingcancalculateeffectiveLeafAreaIndex,thisexperimentselectestwoaspectsofplantcanopyands