专利名称：一种机载小光斑LiDAR波形数据提取林分垂直结构参数的方法
技术领域：
本发明涉及激光雷达数据处理和信息提取技术，尤其涉及一种机载小光斑LiDAR 波形数据提取林分垂直结构参数的方法。
背景技术：
激光雷达(Light Detection And Ranging,LiDAR)是一项通过由传感器所发出的激光脉冲来测定传感器与目标物之间距离的主动遥感技术。它可以应用于林业研究，尤其可以用于遥感森林垂直结构并估测林木高度。
随着林分年龄的增大和林木的生长，树冠组分的垂直分布相对于幼林时的状态也发生变化。成过熟天然林的特点是林隙多、林龄结构和高度变化大，相对同龄林而言在垂直结构上表现得更复杂，而同龄林树顶附近的冠层物质占了绝大部分。激光雷达的波形对这些林分连续性垂直结构的变化可以很好地刻画。现有的激光雷达反演林分垂直结构可以通过分析小光斑LiDAR的点云数据来实现。但由于机载小光斑LiDAR数据仅能获取少数离散的点云，对林分下层的垂直结构很难得到很好的刻画，对林分垂直结构的刻画精度较低。发明内容
本发明的目的是提供一种机载小光斑LiDAR波形数据提取林分垂直结构参数的方法，从而解决上述技术问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现。
一种机载小光斑LiDAR波形数据提取林分垂直结构参数的方法，包括
步骤1、基于机载小光斑LiDAR波形数据生成激光点云数据集；
步骤2、对所述的激光点云数据集进行地面点与植被点的滤波处理，利用滤波处理后的地面点生成地面高程模型，将所述机载小光斑LiDAR波形数据中的高程减去相应位置的DEM值得到高程归一化后的波形数据；
步骤3、对所述高程归一化后的波形数据进行林分尺度的波形合成处理，得到林分尺度上的合成波形数据；
步骤4、对所述的林分尺度上的合成波形数据进行处理，分解为子波形的集合；
步骤5、根据所述的子波形的集合，获取林分垂直结构信息。
本发明提供的方法，比使用点云数据对林分垂直结构的刻画更加准确，可以确定林分的垂直结构参数。
图1本发明实施例提供的方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种机载小光斑LiDAR波形数据提取林分垂直结构参数的方法，其实现方式如图1所示，具体包括如下操作
步骤1、基于机载小光斑LiDAR波形数据生成激光点云数据集；
对飞行过程中获取的机载小光斑LiDAR波形数据通过峰值检测、高斯分解或反卷积方法可以提取每个波形数据对应的反映地物特征点的文件，这些反映地物特征点的文件构成激光点云数据集。
步骤2、对所述的激光点云数据集进行地面点与植被点的滤波处理，利用滤波处理后的地面点生成地面高程模型，将所述机载小光斑LiDAR波形数据中的高程减去相应位置的地面高程模型值得到高程归一化后的波形数据；
本发明中，地面高程模型是指DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)。
步骤3、对所述高程归一化后的波形数据进行林分尺度的波形合成处理，得到林分尺度上的合成波形数据；
步骤3的具体实现方式可以是基于林分尺度对高程归一化后的波形数据进行抽取、背景噪声去除、垂直剖面构建和波形合成，最终得到林分尺度上的合成波形数据。
步骤4、对所述的林分尺度上的合成波形数据进行处理，分解为子波形的集合。
步骤4的实现方式可以但不仅限于以下两种
(一 )对所述的林分尺度上的合成波形数据通过高斯分解处理分解为子波形的集合，具体实现方式是，通过高斯分解，将所述的林分尺度上的合成波形数据分解成为一系列子波形，每个子波形代表不同垂直分层目标(其中，垂直分层目标是指在一定高度上植被组分的集合)的回波信号，可以用高斯分量和噪声之和的形式表示，其公式表示如下
权利要求
1.一种机载小光斑LiDAR波形数据提取林分垂直结构参数的方法，其特征在于，包括 步骤1、基于机载小光斑LiDAR波形数据生成激光点云数据集；步骤2、对所述的激光点云数据集进行地面点与植被点的滤波处理，利用滤波处理后的地面点生成地面高程模型，将所述机载小光斑LiDAR波形数据中的高程减去相应位置的 DEM值得到高程归一化后的波形数据；步骤3、对所述高程归一化后的波形数据进行林分尺度的波形合成处理，得到林分尺度上的合成波形数据；步骤4、将所述合成波形数据通过处理分解为一系列子波形的集合； 步骤5、根据所述的子波形的集合，获取林分垂直结构信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括对所述的林分尺度上的合成波形数据进行高斯分解，得到一系列子波形的集合，每个子波形代表不同垂直分层目标的回波信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括对所述的林分尺度上的合成波形数据进行反卷积处理，得到一系列子波形的集合。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述林分垂直结构信息包括林层数量、林层位置、林层高度；所述步骤5具体包括获取子波形的个数，所述子波形的个数代表林层数量；通过对子波形坐标进行解算获取林层位置；获取子波形的波形宽度信息，从所述波形宽度信息中获取林层高度。
5.根据权利要求1 3任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括 基于林分尺度对高程归一化后的波形数据进行抽取、背景噪声去除、垂直剖面结构和波形合成，得到林分尺度上的合成波形数据。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种机载小光斑LiDAR波形数据提取林分垂直结构参数的方法，包括基于机载小光斑LiDAR波形数据生成激光点云数据集；对该激光点云数据集进行地面点与植被点的滤波处理，利用滤波处理后的地面点生成地面高程模型，将所述机载小光斑LiDAR波形数据中的高程减去相应位置的DEM值得到高程归一化后的波形数据；对波形数据进行林分尺度的波形合成处理，生成林分的合成波形数据；将合成波形数据分解为一系列子波形的组合；根据所述一系列子波形的组合，获取林分垂直结构参数。本发明提供的方法，比使用点云数据对森林垂直结构的刻画更加准确，并可以确定林分垂直结构参数。
文档编号G01B11/00GK102538673SQ201110424549
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者刘清旺, 庞勇, 徐光彩, 朱荣, 李增元, 赵旦 申请人:中国林业科学研究院资源信息研究所