基于多时相无人机影像的高郁闭度森林采伐生物量估算

为准确估算森林采伐生物量实现森林碳汇的精准计量,针对采用单一时相可见光无人机影像估算高郁闭度森林采伐生物量较困难的问题,基于伐区采伐前后多时相可见光无人机影像,研究森林采伐生物量高精度的估算方法。以福建省闽侯白沙国有林场一个针叶林采伐小班为试验区,采集分辨率优于10 cm的采伐前后多时相可见光无人机影像,采用动态窗口局部最大值法得到高精度的采伐株数与单木树高信息,再基于采伐后无人机影像,运用YOLO v5方法检测并提取伐桩直径信息,根据胸径-伐桩直径模型来估算采伐木胸径信息,再利用树高和胸径二元生物量公式估算采伐生物量,以实测数据进行验证。根据动态窗口局部最大值法获取株数与平均树高精度分别为96.35%、99.01%,运用YOLO v5方法对伐桩目标检测的总体精度为77.05%,根据伐桩直径估算的平均胸径精度为90.14%,最后得到森林采伐生物量精度为83.08%,结果表明这一新方法具备较大的应用潜力。采用采伐前后多时相无人机可见光遥感,可实现森林采伐生物量的有效估算,有助于降低人工调查成本,为政府及有关部门进行碳汇精准计量提供有效的技术支持。

基于信息管理的一种虚拟森林景观构建及应用探讨

在分析不同尺度的森林可视化建模内容和技术特点的基础上,提出了一个基于信息管理的虚拟森林景观构造原理和技术体系.把过程建模技术与树木形态结构描述结合,提出了一种交互式、参数化的树木动态建模方法,给出了相应的绘制方法和几何体简化算法以实现加速实时绘制,并以福建省漳浦县为例,建立了典型树种的几何模型库.利用森林调查和遥感动态空间数据,借助地理信息系统ArcObject组件、图形环境OpenGL和Visual C++语言,开发了虚拟森林管理原型系统,实现森林二维/三维交互漫游、查询分析、森林生长仿真模拟,其真实感与模拟精度满足实际森林资源管理需求.最后给出了系统的典型用户界面以及在考虑竞争条件下马尾松自然生长模拟和人工间伐前后的虚拟景观对比的应用例子.

面向实景三维模型和实时视频图像融合的纹理映射

针对实时视频与实景三维模型融合时视频纹理存在割裂感、融合边界差异感明显、视频流实时性差等问题,本文提出了一种改进的实景三维模型和实时视频图像融合方法。首先利用倾斜摄影测量技术构建实景三维模型,搭建流媒体实现视频图像向三维场景的实时传输,匹配视频像素与实景模型片元顶点的对应关系;然后引入顾及场景深度的展平映射策略,以消除视频画面融入模型时的纹理割裂感;最后基于距离掩膜使融合接缝处过渡更加平滑。试验结果表明,本文所提映射策略融合效果优异,可消除融合画面的割裂现象和融合边界的突兀感,且在融合多路视频情形下场景帧率保持在50帧/s以上,系统承载力良好,实时性效果好,成果能应用于构建实时虚实融合的数字孪生场景。

林火蔓延的计算机模拟与可视化研究进展

林火蔓延是林火行为的主要表现形式。本文对各种林火蔓延的计算机模拟和可视化技术的最新研究状况和发展趋势进行综述。首先,分析林火蔓延相关数学模型的类别和特点、模型发展方向与体系形成。其次,讨论基于元胞自动机的和惠更斯原理的二维林火模拟与显示技术,以及三维虚拟林火环境构建技术。最后,就林火蔓延模拟与管理信息系统的最新发展进行概括。认为林火蔓延模拟与可视化的研究与开发除向高精度与实用化等方向发展外,今后将更注重真实感环境下的多维虚拟森林景观构建、多用户参与的快速决策能力(如协同灭火)以及网络信息服务等方面。

空间决策支持系统中模型库的生成及与GIS的紧密集成——以厦门市环境管理空间决策支持系统为例

以厦门市环境管理空间决策支持系统为例 ,首先构造了以地理信息系统为中心的环境空间决策支持系统体系结构新类型 ,进而在分析现有的模型库生成、组织的不足基础上 ,提出了从数学模型群组→模型体系→模型库的建模和模型库组织新方法。介绍了集成系统开发中模型库与GIS紧密集成方案 。

基于无人机影像匹配点云的苗圃单木冠层三维分割

近年来较多的树冠提取算法以激光雷达数据为基础,然而激光点云数据量大、冗余多而且采集成本高。本文基于无人机影像匹配点云提取单木树冠轮廓,研究一种成本可控、能够补充甚至部分替代激光雷达的小范围森林制图方案。以福建省三明市某林场内苗圃地作为研究对象,在稠密的无人机影像匹配点云中截取2个25 m×25 m的样地作为测试样本。预处理后,首先构建植被冠层高度模型,以局部最大值法探测树冠位置并标记为种子点;从这些种子点形成的初始区域开始生长,迭代计算直到全部的影像匹配点云归并完毕;最后,将算法提取的树冠轮廓导入Arc GIS中获取树冠轮廓矢量边界,并与手绘参考树冠叠加,利用F测度实现精度的评定。依此方案,在2个林分范围内的树冠提取F测度均达到了89%以上,单木冠幅提取的误差在0.14 m以内。结果表明,该方案简单有效、精度可靠,适用于小范围、高精度的植被制图。

土地利用改造规划的多因子空间分析

以福清市土地利用分布为例 ,在完成土地利用状况和土地适宜性参评因子空间数据库基础上 ,集成土地适宜性综合指数模型和地块紧凑度模型 ,开发了基于地理信息系统的土地适宜性评价和土地利用控制决策支持系统。通过土地适宜性多因子空间分析 ,模拟大农业 (耕地、林地、园地 )各目标用地条件下各地块土地使用适宜度 ,并结合土地利用现状 ,得到单目标土地改造方案 ;再经模型优化和综合比较得出多目标土地利用改造规划可选方案。计算结果表明 ,福清市土地资源中开发改造为新耕地的潜力极有限 ,而用于开发改造新林地和园地的土地尚有226 80km2 和36 34km2 ,为福清市土地利用改造规划和总体规划的制定和调整提供了定量依据。

福清市土地开发与管理决策支持系统设计及应用

以福清市土地开发与管理决策支持系统为例，提出了基于数据分析和功能分解的综合应用“３Ｓ”空间信息技术的土地管理决策信息系统设计范式和途径。建立了系统的实体－ 关系的数据分析模型和相应的数据流和数据库逻辑和物理结构，并利用设计的系统实现了福清市上迳乡土地变化动态监测更新，并对应用效果和特点亦做了简要评述。

应用集成的遥感识别技术进行土地利用变化分析

以厦门市为研究区域 ,以 1988— 1998年为时间跨度 ,利用Landsat 5TM遥感数据开展土地覆盖变化识别中多种遥感数据处理方法的集成应用研究。以后分类比较法的结果为基础 ,运用改进的差值法定义的“变化”目标进行修正 ,将两种方法有机集成综合地确定土地覆盖变化。根据变化前与变化后覆盖不同但土地利用方式相同或类似的原则进行合并处理 ,最后得到厦门市 10年间土地利用结构变化各种成因类型及其数量。结果表明 ,10年间厦门市因城市化引起的土地覆盖变化为 5 90 .83km2 ,变化强度为 31.14 % ,引起厦门市土地利用结构发生变化主要有 8种成因机制类型 ,面积达 35 1.99km2 ,变化强度为 18.5 5 %。

空间决策支持系统的集成体系结构及其实现途径

文章以厦门市环境管理空间决策支持系统为例，提出一个以地理信息系统为中心的环境空间决策支持系统的体系结构新类型，在此基础上构造了基于集成方式实现的环境空间决策支持系统的逻辑结构，并介绍了实现GIS与空间应用分析模型嵌入式紧密集成的具体实现方法和应用例子。

生态环境空间数据的多尺度集成方法

空间数据集成是解决异构网络环境信息系统间空间数据交换、传输和共享、数据互操作的有效方法。笔者在分析生态环境数据特征和生成机理以及集成原理基础上 ,提出了生态环境空间数据的空间多尺度集成方法 ,并构建了基于面向应用目标的生态环境空间数据集成系统框架和运行过程机制。

自动散点控制回归技术在遥感数据辐射归一化中的应用

以厦门幅 TM遥感影像为例 ,在分析各种遥感数据相对辐射归一化方法存在的不足基础上 ,介绍自动散点控制回归 (ASCR)新技术的具体算法。对运算结果做了分析比较 。

基于空间信息技术的城市环境时空调控范式研究

城市环境—生态系统是高度复杂的时空复合动力学系统。通过对城市环境问题的空间动力学机制分析后 ,提出城市环境可持续发展时空调控的层次途径 ,并构造了融合遥感、地理信息系统等空间信息技术、环境建模技术、决策支持系统、人工智能等技术的城市生态 -环境系统时空调控的体系框架 ,为城市环境管理及环境空间决策提供新的理论范式。

可视化空间聚类挖掘算法及系统实现

空间聚类与传统聚类方法的区别之一在于空间聚类是对空间实体的集群性进行分析,在聚类过程中需考虑模式在空间分布上的一种或几种结构特征,如模式间的远近关系、拓扑关系、方位关系、疏密关系等。然而,传统聚类算法大多忽略空间结构特征对聚类结果的影响。同时,传统数据挖掘过程往往是“黑箱”作业,用户不论感兴趣与否都只能被动地接受挖掘结果,而且结果往往是抽象的、不易理解的。本文对基于MST的可视化空间数据聚类挖掘算法进行了研究,利用Delaunav三角网和MST最小生成树使得地理实体的邻接度与其他属性数据一起参与了空间聚类处理,同时用J2EE技术开发可视化空间聚类挖掘工具,为此类应用系统的建立提供了一种实用的可行方案。

基于地面激光雷达点云数据的单木三维建模综述

对利用野外树木激光扫描获取的海量点云数据来提取树木几何与拓扑特征并以此来构建树木三维模型的方法进行综述。在总结基于激光点云的树木建模基本原理和步骤的基础上,围绕单树点云数据的分割、树枝骨架的提取与优化、单木模型的表面重建等主要过程,对各种具体实现技术或方法进行分类、分析和评价,最后对生成的树木模型的精度和未来的技术发展趋势进行简要分析。

福建省土地利用多尺度空间自相关分析

常规统计方法是分析制约土地利用空间分布的影响因素常用方法,其理论假设前提是数据本身在统计上是独立的,呈正态分布。而土地利用空间数据往往具有一定的空间自相关性,同时空间自相关性中蕴含一些有用的信息,必须采用合适的方法予以解决。论文以福建省作为研究区域,采用Moran's I系数的自相关图来表示土地利用及其影响因子的空间自相关性特征,并且在此基础上建立了土地利用与影响因子的空间自回归方程。研究结果表明,研究区域内土地利用与影响因子普遍存在空间自相关性,并且空间自相关性与研究尺度密切相关,空间自相关性随尺度增大而增强。空间自回归模型的解释能力比经典统计回归模型略强,并且空间自回归模型中的残差较小、空间模式不明显,而经典回归模型的残差比较大,并且具有显著的空间分布模式。

虚拟森林景观中林火蔓延模型及三维可视化表达

传统上的林火模拟通常只选用一种林火模型,用一个简单的椭圆预测林火蔓延时火场各个位置的情况,与现实中火灾蔓延状况相差甚远,而且以往的林火蔓延是基于二维可视化表达,表达信息有限.本系统采用现今运用最广泛的Rothermel模型,利用Huygen原理,并以改进的粒子系统方法三维模拟在不同的风速、坡度下林火在火场不同位置的扩散行为.采用该方法模拟林火扩散行为,不仅能实时显示受灾面积、火势蔓延的方向、火势大小,且能给人以真实感.并将该方法成功地应用于福建漳浦林区.

离群数据挖掘综述

通过对当前有代表性的离群数据挖掘算法的分析和比较,总结了各算法的特性及优缺点,为使用者选择、学习、改进算法提供了依据。此外,针对高维数据和空间数据中离群检测的特殊性,在现有算法的基础上,分析了高维数据和空间数据离群检测需要注意的一些问题,以便于研究者提出新的有效的算法。

基于点云数据的树木三维重建方法改进

激光点云数据以其详尽、高精度的三维信息,在森林参数估算、精确重建植物形态结构三维模型方面具有特殊优势。为进一步提高三维模型精度,综合集成多种算法,在改进现有PC2Tree软件基础上,基于点云数据进行树木三维重建。首先根据树木局部点云的主方向相似度和局部点云轴向分布密度分离枝干与树叶;其次采取水平集和最小二乘法提取枝干部分的骨架点,通过下采样方法提取冠层部分的特征点;最后根据骨架点和特征点拓扑结构重构树木三维模型。以樟树为例,分析枝叶分割精度,自动分割与手动分割结果相近;以无叶的鸡蛋花树为例,分析重建模型精度,模型主枝长度相对误差范围集中在0~8.0%,半径相对误差范围集中在0~10%;枝条重建过程避免了噪声点的干扰,对噪声点具有一定的不敏感性;重建三维模型与原始点云吻合度高,基本解决了冠层内部枝干遮挡严重带来的三维建模困难的问题;依据模型提取树高、冠幅、胸径、体积等参数,增加了重建模型的应用范围。