通過森林資源調(diào)查制定和調(diào)整林業(yè)政策是保證森林資源可持續(xù)發(fā)展的前提。激光雷達(dá)可穿透森林冠層，在獲取森林三維結(jié)構(gòu)信息上具有優(yōu)勢，目前已被應(yīng)用于森林資源調(diào)查中。然而，受激光掃描角度的限制和森林樹木遮擋的影響，常見的單一激光雷達(dá)設(shè)備難以一次性獲取完整的森林結(jié)構(gòu)觀測。多源/多平臺激光雷達(dá)數(shù)據(jù)間的融合是解決上述問題的有效手段，由于森林環(huán)境的復(fù)雜性和不規(guī)則性，仍缺乏穩(wěn)健的幾何特征用于多源激光雷達(dá)數(shù)據(jù)間的自動(dòng)高精度配準(zhǔn)，這也是該領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。

中國科學(xué)院植物所郭慶華研究組利用在單站地基激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中樹干遮擋會形成陰影區(qū)域的特性，直接從原始地基點(diǎn)云中提取視覺遮擋點(diǎn)作為關(guān)鍵特征，采用枚舉的方式恢復(fù)了多站地基激光雷達(dá)掃描時(shí)的相互空間位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)間的自動(dòng)高精度配準(zhǔn)。該方法在針葉林、針闊混交林和熱帶雨林中均得到了有效驗(yàn)證，將森林環(huán)境中高精度地基三維激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取效率提高了數(shù)十倍。此外，研究團(tuán)隊(duì)以單木參數(shù)為橋梁，根據(jù)每個(gè)自然林分內(nèi)樹木位置的空間分布具有獨(dú)特性的假設(shè)，實(shí)現(xiàn)了“空—地”平臺激光雷達(dá)數(shù)據(jù)之間的融合，克服了單一激光雷達(dá)平臺在森林資源調(diào)查中難以掃描完整森林冠層的局限性，為動(dòng)態(tài)、高效、精準(zhǔn)的森林資源調(diào)查奠定了基礎(chǔ)。

多站地基激光雷達(dá)數(shù)據(jù)自動(dòng)配準(zhǔn)原理示意圖。(a)單站地基激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中樹木的遮擋現(xiàn)象;(b)相鄰兩站地基激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中視覺遮擋點(diǎn)之間的關(guān)系。

“空—地”平臺激光雷達(dá)數(shù)據(jù)之間的融合原理示意圖。圖中紅色代表地面激光雷達(dá)平臺獲取的數(shù)據(jù)，綠色代表無人機(jī)平臺獲取的數(shù)據(jù)。

相關(guān)研究成果分別在線發(fā)表在ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing和IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing上。郭慶華研究組博士研究生關(guān)宏?duì)N為第一作者，副研究員蘇艷軍為通訊作者。研究工作得到了中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委(面上項(xiàng)目)等的資助。