新疆农业科学 ›› 2021, Vol. 58 ›› Issue (10): 1838-1845.DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2021.10.009
• 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学·耕作栽培·生理生化·农产品分析检测 • 上一篇 下一篇
吕金城(), 王振锡(), 杨勇强, 曲延斌, 马琪瑶, 朱思明
收稿日期:
2020-08-22
出版日期:
2021-10-20
发布日期:
2021-10-26
通信作者:
王振锡
作者简介:
吕金城(1995-),男,新疆乌鲁木齐人,硕士研究生,研究方向为林业3s技术及应用,(E-mail) 1287460632@qq.com
基金资助:
Jincheng LÜ(), Zhenxi WANG(), Yongqiang YANG, Yanbin QU, Qiyao MA, Siming ZHU
Received:
2020-08-22
Online:
2021-10-20
Published:
2021-10-26
Correspondence author:
Zhenxi WANG
Supported by:
摘要:
【目的】提取影像高程数据建立模型反演天山云杉林分蓄积量,为天然林保护工程实施后天山云杉生态恢复与科学管理提供参考依据。【方法】以新疆天山西部巩留县恰西森林公园的天山云杉(Picea Schrenkiana var. tianshanica)为研究对象,无人机航拍影像与样地每木检尺为数据源,使用点云分类与克里金插值法提取无人机影像高程数据得到天山云杉树高,根据样地实测数据建立胸径树高模型,最终根据胸径树高模型反演天山云杉林林分蓄积量。【结果】利用无人机影像提取树高与实测树高存在显著正相关关系,提取平均精度为88.42%,建立天山云杉胸径-冠幅模型的相关系数为0.696,而胸径-树高模型的相关系数为0.730;验证胸径-树高模型,计算RMSE值为12.386,拟合效果显著。基于胸径-树高模型反演林分蓄积量精度为87.66%,与实测值比对,残差值大部分落在(-2,+2)残差区间。【结论】采用局部最大值算法对天山云杉林树高信息的提取效果较好,建立胸径-树高模型弥补了无人机不能对胸径直接测量的缺陷,进而反演天山云杉林林分蓄积量。
中图分类号:
吕金城, 王振锡, 杨勇强, 曲延斌, 马琪瑶, 朱思明. 基于无人机影像的天山云杉林树高提取及蓄积量的反演[J]. 新疆农业科学, 2021, 58(10): 1838-1845.
Jincheng LÜ, Zhenxi WANG, Yongqiang YANG, Yanbin QU, Qiyao MA, Siming ZHU. Height Extraction and Growing Stock Inversion of Picea schrenkiana var. tianshanica in Tianshan Mountain Based on UAV Image[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2021, 58(10): 1838-1845.
参数类型 Parameter type | 参数数据 Parameter data |
---|---|
传感器类型 Sensor type | CMOS |
传感器尺寸 Sensor size | 全画幅 |
有效像素 Effective Pixels | 4 240万 |
焦距 Focal length | 35 mm |
像素大小 Pixel size | 4.53×4.53 (μm) |
表1 SONY DSC-RX1RM2(35 mm)数码相机参数
Table 1 DSC-RX1RM2(35 mm)SONY digital camera parameters table
参数类型 Parameter type | 参数数据 Parameter data |
---|---|
传感器类型 Sensor type | CMOS |
传感器尺寸 Sensor size | 全画幅 |
有效像素 Effective Pixels | 4 240万 |
焦距 Focal length | 35 mm |
像素大小 Pixel size | 4.53×4.53 (μm) |
变量 Variable | 最大值 Maximum value | 最小值 Minimum value | 平均值 Average value |
---|---|---|---|
胸径 Diameter at breast height(cm) | 148.97 | 5.00 | 43.49 |
树高 Tree height(m) | 60.40 | 3.00 | 25.76 |
冠幅 Crown breadth (m) | 10.2 | 0.58 | 3.35 |
表2 样地每木检尺数据
Table 2 Data of per wood scale in sample plot
变量 Variable | 最大值 Maximum value | 最小值 Minimum value | 平均值 Average value |
---|---|---|---|
胸径 Diameter at breast height(cm) | 148.97 | 5.00 | 43.49 |
树高 Tree height(m) | 60.40 | 3.00 | 25.76 |
冠幅 Crown breadth (m) | 10.2 | 0.58 | 3.35 |
方程 Model | R2 | F | df1 | df2 | Sig. |
---|---|---|---|---|---|
线性Linear function | 0.587 | 1 435.558 | 1 | 1 009 | 0.000 |
对数Logarithmic function | 0.606 | 1 552.731 | 1 | 1 009 | 0.000 |
倒数Reciprocal function | 0.504 | 1 027.327 | 1 | 1 009 | 0.000 |
二次Quadratic function | 0.606 | 775.227 | 2 | 1 008 | 0.000 |
三次Cubic function | 0.623 | 555.753 | 3 | 1 007 | 0.000 |
复合Function of function | 0.580 | 1 395.627 | 1 | 1 009 | 0.000 |
幂Power function | 0.696 | 2 308.688 | 1 | 1 009 | 0.000 |
S曲线S-curve | 0.673 | 2 074.368 | 1 | 1 009 | 0.000 |
增长Increasing function | 0.580 | 1 395.627 | 1 | 1 009 | 0.000 |
指数Exponential function | 0.580 | 1 395.627 | 1 | 1 009 | 0.000 |
表3 胸径冠幅模型及参数统计
Table 3 Summary of parameters of DBH crown width model
方程 Model | R2 | F | df1 | df2 | Sig. |
---|---|---|---|---|---|
线性Linear function | 0.587 | 1 435.558 | 1 | 1 009 | 0.000 |
对数Logarithmic function | 0.606 | 1 552.731 | 1 | 1 009 | 0.000 |
倒数Reciprocal function | 0.504 | 1 027.327 | 1 | 1 009 | 0.000 |
二次Quadratic function | 0.606 | 775.227 | 2 | 1 008 | 0.000 |
三次Cubic function | 0.623 | 555.753 | 3 | 1 007 | 0.000 |
复合Function of function | 0.580 | 1 395.627 | 1 | 1 009 | 0.000 |
幂Power function | 0.696 | 2 308.688 | 1 | 1 009 | 0.000 |
S曲线S-curve | 0.673 | 2 074.368 | 1 | 1 009 | 0.000 |
增长Increasing function | 0.580 | 1 395.627 | 1 | 1 009 | 0.000 |
指数Exponential function | 0.580 | 1 395.627 | 1 | 1 009 | 0.000 |
方程 Model | R2 | F | df1 | df2 | Sig. |
---|---|---|---|---|---|
线性Linear function | 0.634 | 1 745.357 | 1 | 1 009 | 0.000 |
对数Logarithmic function | 0.597 | 1 494.405 | 1 | 1 009 | 0.000 |
倒数Reciprocal function | 0.424 | 743.741 | 1 | 1 009 | 0.000 |
二次Quadratic function | 0.639 | 894.034 | 2 | 1 008 | 0.000 |
三次Cubic function | 0.645 | 609.924 | 3 | 1 007 | 0.000 |
复合Function of function | 0.689 | 2 233.585 | 1 | 1 009 | 0.000 |
幂Power function | 0.730 | 2 724.231 | 1 | 1 009 | 0.000 |
S曲线S-curve | 0.601 | 1 520.076 | 1 | 1 009 | 0.000 |
增长Increasing function | 0.689 | 2 233.585 | 1 | 1 009 | 0.000 |
指数Exponential function | 0.689 | 2 233.585 | 1 | 1 009 | 0.000 |
表4 树高胸径模型及参数统计
Table 4 Summary of parameters of DBH tree height model
方程 Model | R2 | F | df1 | df2 | Sig. |
---|---|---|---|---|---|
线性Linear function | 0.634 | 1 745.357 | 1 | 1 009 | 0.000 |
对数Logarithmic function | 0.597 | 1 494.405 | 1 | 1 009 | 0.000 |
倒数Reciprocal function | 0.424 | 743.741 | 1 | 1 009 | 0.000 |
二次Quadratic function | 0.639 | 894.034 | 2 | 1 008 | 0.000 |
三次Cubic function | 0.645 | 609.924 | 3 | 1 007 | 0.000 |
复合Function of function | 0.689 | 2 233.585 | 1 | 1 009 | 0.000 |
幂Power function | 0.730 | 2 724.231 | 1 | 1 009 | 0.000 |
S曲线S-curve | 0.601 | 1 520.076 | 1 | 1 009 | 0.000 |
增长Increasing function | 0.689 | 2 233.585 | 1 | 1 009 | 0.000 |
指数Exponential function | 0.689 | 2 233.585 | 1 | 1 009 | 0.000 |
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