南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2021, Vol. 45 ›› Issue (4): 41-48.doi: 10.12302/j.issn.1000-2006.202006023
收稿日期:
2020-06-18
接受日期:
2020-08-14
出版日期:
2021-07-30
发布日期:
2021-07-30
通讯作者:
徐雁南
基金资助:
HUA Weicheng(), TIAN Jiarong, SUN Xinyu, XU Yannan*()
Received:
2020-06-18
Accepted:
2020-08-14
Online:
2021-07-30
Published:
2021-07-30
Contact:
XU Yannan
摘要:
【目的】削度方程可以很好地描述树干直径随树高变化的情况,基于地基激光雷达(terrestrial laser scanner, TLS)的高精度三维点云数据建立准确的削度方程并进行立木材积估算,对活立木尺度的材积估计具有重要意义。【方法】以江苏省黄海海滨国家森林公园杨树人工林为研究对象,获取4块样地的TLS点云数据,通过MATLAB 2020a软件计算点云平坦度和法向量以提取单木主干,采用圆拟合方法进行不同高度处的直径拟合,利用32株样木的数据,选取6种削度模型进行建模,得到杨树树干削度方程最优拟合模型,并进行材积估算。【结果】利用TLS数据提取的胸径能替代实测胸径,其平均误差小于0.90 cm。通过对6种模型的拟合优度检验,Schumacher and Hall模型为该地区杨树削度方程最优拟合模型,模型的决定系数R2=0.984,均方根误差为1.00 cm,相对百分误差为2.79%,平均预估误差为0.271%。利用Schumacher and Hall 削度方程最优拟合模型进行活立木材积的估算,经与二元材积方程估计结果进行对比,其相对差异为3.34%,二者在统计上无显著差异。【结论】该方法可以减少地面调查对树木造成的永久性破坏,为人工林的蓄积量调查提供有效的技术支持。
中图分类号:
花伟成,田佳榕,孙心雨,等. 基于TLS数据的杨树削度方程建立及材积估算[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2021, 45(4): 41-48.
HUA Weicheng, TIAN Jiarong, SUN Xinyu, XU Yannan. Assessing the stem taper function and volume estimation of poplar (Populus) by terrestrial laser scanning[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2021, 45(4): 41-48.DOI: 10.12302/j.issn.1000-2006.202006023.
表1
样地基本信息"
样地 编号 plot No. | 株数 tree numbers | 林龄/ a stand age | 树高/m tree height | 胸径/ cm DBH | 枝下高/m under- branch height | 点云密度/ (点·m-2) point density |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 10 | 9 | 25.7±5.64 | 24.36±4.38 | 3.9±1.6 | 22 888 |
2 | 14 | 12 | 27.4±0.87 | 27.69±5.16 | 6.2±1.4 | 14 556 |
3 | 10 | 12 | 26.3±0.95 | 27.27±3.15 | 5.7±1.7 | 21 634 |
4 | 9 | 15 | 33.1±0.89 | 45.32±5.27 | 8.2±0.9 | 8 475 |
表2
模型拟合统计结果"
模型 model | 文献 reference | 系数个数 number of parameter | R2 | σ(RMSE)/cm | σ(MAPE)/% | σ(MPE)/% | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
n=26 | n=6 | n=32 | n=26 | n=6 | n=32 | n=26 | n=6 | n=32 | n=26 | n=6 | n=32 | |||
Munro | [20] | 2 | 0.844 | 0.926 | 0.887 | 2.65 | 2.66 | 2.68 | 8.41 | 6.32 | 8.13 | 0.834 | 1.395 | 0.725 |
Kozak | [21] | 3 | 0.979 | 0.988 | 0.984 | 0.97 | 1.08 | 1.00 | 2.81 | 2.15 | 2.73 | 0.307 | 0.567 | 0.269 |
Schumacher and Hall | [22] | 4 | 0.979 | 0.988 | 0.984 | 0.98 | 1.05 | 1.00 | 2.83 | 2.11 | 2.79 | 0.309 | 0.557 | 0.271 |
Ormerod | [23] | 1 | 0.979 | 0.987 | 0.984 | 0.98 | 1.14 | 1.01 | 2.82 | 2.19 | 2.73 | 0.310 | 0.594 | 0.284 |
曾伟生 | [24] | 4 | 0.980 | 0.989 | 0.985 | 0.96 | 1.04 | 0.97 | 2.68 | 2.16 | 2.57 | 0.302 | 0.548 | 0.262 |
严若海 | [25] | 8 | 0.857 | 0.732 | 0.854 | 2.54 | 5.06 | 3.05 | 7.84 | 9.08 | 9.16 | 0.805 | 2.721 | 0.828 |
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