植物所科研人员在复杂森林环境中多源激光雷达数据的高精度自动配准方面取得进展

通过森林资源调查制定和调整林业政策，是保证森林资源可持续发展的前提。激光雷达可以穿透森林冠层，在获取森林三维结构信息上具有得天独厚的优势，目前已被广泛应用于森林资源调查中。然而，受激光扫描角度的限制和森林树木遮挡的影响，常见的单一激光雷达设备难以一次性获取完整的森林结构观测。多源/多平台激光雷达数据间的融合是解决上述瓶颈的有效手段，但由于森林环境的复杂性和不规则性，仍缺乏稳健的几何特征用于多源激光雷达数据间的自动高精度配准，这也是该领域的难点问题之一。

中科院植物所郭庆华研究组利用在单站地基激光雷达数据中树干遮挡会形成阴影区域的特性，直接从原始地基点云中提取视觉遮挡点作为关键特征，采用枚举的方式恢复了多站地基激光雷达扫描时的相互空间位置关系，从而实现了数据间的自动高精度配准。该方法在针叶林、针阔混交林和热带雨林中均得到了有效验证，将森林环境中高精度地基三维激光雷达数据获取效率提高了数十倍。此外，研究团队还以单木参数为桥梁，根据每个自然林分内树木位置的空间分布具有独特性的假设，成功实现了“空—地”平台激光雷达数据之间的融合，有效克服了单一激光雷达平台在森林资源调查中难以扫描完整森林冠层的局限性，为动态、高效、精准的森林资源调查奠定了基础。

上述研究成果于近日分别在线发表于国际学术期刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing和IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing。郭庆华研究组博士研究生关宏灿为第一作者，苏艳军副研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院前沿科学重点研究项目、国家自然科学基金委面上项目等项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2020.06.002;

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8930045/

（植被生态实验室供稿）

多站地基激光雷达数据自动配准原理示意图。(a)单站地基激光雷达数据中树木的遮挡现象；(b)相邻两站地基激光雷达数据中视觉遮挡点之间的关系。

“空—地”平台激光雷达数据之间的融合原理示意图。图中红色代表地面激光雷达平台获取的数据，绿色代表无人机平台获取的数据。