【中國儀表網(wǎng) 儀表下游】近日，空天信息研究院遙感科學(xué)國家重點實驗室碳循環(huán)遙感研究室倪文儉研究員帶領(lǐng)團隊，在利用無人機航空立體影像進行森林結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)查研究方面取得重要進展。研究團隊以機載激光雷達數(shù)據(jù)為參考，系統(tǒng)分析了影像獲取的航向重疊度和空間分辨率對森林空間結(jié)構(gòu)提取的影響，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在明顯的耦合效應(yīng)，揭示了無人機航空立體影像關(guān)鍵獲取參數(shù)對森林空間結(jié)構(gòu)探測的影響規(guī)律，為利用無人機航空立體影像進行森林空間結(jié)構(gòu)探測提供了新的認(rèn)識。
 

 

　　不同影像空間分辨率與航向重疊組合探測的點云的水平分布 (ultra=8.6 cm,High=17.2 cm)。對比(a)、(b)、(d)可以看出，對于給定的空間分辨率，降低航向重疊度會造成大量空白區(qū)域無法探測；對比(c)、(d)可以看出，分辨率越高并不一定會有越好的結(jié)果，對于60%的航向重疊度,低分辨率影像得到的點云的水平分布更好一些。
 

　　利用航空立體影像進行森林空間結(jié)構(gòu)探測是實現(xiàn)自動化高精度林業(yè)調(diào)查的重要手段之一，其有據(jù)可查的歷史可以追溯到上個世紀(jì)初。但由于早期航空立體影像處理的專業(yè)化程度較高，自動化程度較低，加之影像獲取成本較高，限制了其在測繪之外的領(lǐng)域進行推廣應(yīng)用。更重要的是大多數(shù)相關(guān)研究所使用的航空立體影像主要是為地形測繪服務(wù)的(按照我國目前航攝及成圖標(biāo)準(zhǔn)，航向重疊度設(shè)計一般僅為60%～65%;旁向重疊度設(shè)計一般僅為30%～35%)，以森林空間結(jié)構(gòu)測量為主要目標(biāo)的影像獲取較少。
 

　　近年來，無人機平臺的快速發(fā)展和航空立體影像自動化處理程度的顯著提高，大大降低了航空立體影像的獲取成本和處理的技術(shù)門檻。因此，在森林遙感領(lǐng)域越來越多的研究人員開始關(guān)注如何利用無人機航空立體影像對森林空間結(jié)構(gòu)進行探測。無人機航空立體影像與有人機立體航空影像的重要區(qū)別之一在于空間分辨率，前者通常在厘米級，而后者通常在分米級。目前對利用無人機航空立體影像進行森林空間結(jié)構(gòu)的研究剛剛起步，主要是利用對有人機立體影像的認(rèn)知進行無人立體機立體影像的分析。
 

　　利用無人機航空立體影像進行森林空間結(jié)構(gòu)探測的結(jié)果取決于通過影像自動化匹配得到的點云的質(zhì)量，而影像自動化匹配依賴于圖像紋理。對于給定的森林場景，影像空間分辨率和航向重疊度是決定圖像紋理的關(guān)鍵參數(shù)，但針對森林空間結(jié)構(gòu)探測應(yīng)該如何對這兩個參數(shù)進行優(yōu)化，尚未有明確的認(rèn)識。為此，森林遙感研究團隊自2014年起開始進行無人機立體影像獲取平臺搭建與數(shù)據(jù)處理算法研發(fā)，依托所研發(fā)的“森飛三號”無人機平臺，進行了無人機航空立體影像的獲取。團隊利用所獲取的數(shù)據(jù)對由5種影像分辨率(8.6 cm、17.2 cm、34.4 cm、68.8 cm、137.6 cm)和4種航向重疊度(90%、80%、70%、60%)任意組合構(gòu)成的20種情況，從數(shù)據(jù)處理計算量、點云密度、樣地尺度高度指數(shù)和點云垂直分布四個角度進行了系統(tǒng)分析。
 

　　研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對森林空間結(jié)構(gòu)探測而言，影像空間分辨率與航向重疊度存在耦合效應(yīng)，即高空間分辨率影像需要高航向重疊度的配合，同時得到兩個推論：(1)對于給定的空間分辨率，過低的航向重疊度會產(chǎn)生大量無法探測區(qū)域，且會降低對森林冠層頂點和稀疏森林中單木的探測精度；而過高的航向重疊度只會大大增加計算量，但對森林空間結(jié)構(gòu)探測精度無益；(2) 對于給定的航向重疊度，過高的圖像分辨率既增加了數(shù)據(jù)處理的計算量，又增加點云匹配的難度；而過低的圖像分辨率，則降低了森林空間結(jié)構(gòu)探測精度，無法發(fā)揮航向重疊度的優(yōu)勢。對于單木尺度的森林空間結(jié)構(gòu)探測而言，17.2 cm-34.4 cm的空間分辨率配以80%-90%的航向重疊度是最優(yōu)的。對于大多數(shù)無人機航空立體影像而言，在數(shù)據(jù)處理過程中需要注意降低圖像分辨率，或提高航向重疊度。
 

　　相關(guān)研究成果《Mapping Three-Dimensional Structures of Forest Canopy Using UAV Stereo Imagery: Evaluating Impacts of Forward Overlaps and Image Resolutions with LiDAR Data as Reference(致力于利用無人機立體影像的森林三維結(jié)構(gòu)探測：以激光雷達數(shù)據(jù)為參考分析航向重疊度與影像分辨率的影響規(guī)律)》已在線刊登在遙感領(lǐng)域國際核心期刊IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing。相關(guān)研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學(xué)基金委項目、973計劃項目“復(fù)雜地表遙感信息動態(tài)分析與建模”等的支持。