Thay vì các hoạt động nguy hiểm, LiDAR làm cho các cuộc điều tra tài nguyên rừng an toàn hơn và hiệu quả hơn

Nền ứng dụng

Điều tra tài nguyên rừng, là phương tiện chủ yếu để nắm được tình hình tồn tại và diễn biến tài nguyên rừng, có ý nghĩa to lớn đối với công tác quản lý và bảo vệ tài nguyên rừng bền vững.

Công nghệ điều tra rừng truyền thống còn tương đối lạc hậu và quy mô.Điều tra viên cần đi sâu vào nội địa của rừng, với cường độ lao động cao và rủi ro khó lường.Việc thu thập các thông số rừng phụ thuộc vào việc lấy mẫu thực địa và đo đạc thực địa của nhân viên thực địa.Các phương tiện được sử dụng chỉ giới hạn ở các dụng cụ đo tương đối nguyên bản như máy đo độ cao cầm tay, thước DBH và thước dây.Không chỉ tốn thời gian, công sức mà chỉ thu được thông tin diện tích rừng quy mô nhỏ, phạm vi điều tra không toàn diện.

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ viễn thám mang lại hy vọng cho việc thực hiện điều tra tài nguyên rừng diện tích lớn và hiệu quả.Tuy nhiên, do ảnh viễn thám quang học không thể “xuyên thủng” tán rừng và thu được thông tin cấu trúc thẳng đứng của rừng nên các thông số lâm phần hữu hiệu hiện có bị hạn chế.

Hướng ứng dụng

Công nghệ LiDAR khác với viễn thám quang học truyền thống, vốn phụ thuộc nhiều vào các nguồn sáng bên ngoài như mặt trời.Nó có khả năng hoạt động trong mọi thời tiết bằng cách chủ động phát ra chùm tia laze để phát hiện mục tiêu.Với sự hỗ trợ của công nghệ multiecho, chùm tia laze xung do lidar phát ra có thể chạm tới thân cây và thậm chí cả mặt đất xuyên qua khoảng trống rừng để thu được dữ liệu đám mây điểm ba chiều của nó, để có được hoàn toàn thông tin về cấu trúc thẳng đứng của rừng, và cuối cùng trích xuất các thông tin về thông số rừng như chiều cao cây, đường kính ngang ngực và trữ lượng.

Hiện nay, việc điều tra, giám sát tài nguyên rừng trên diện tích lớn chủ yếu bằng hình thức LiDAR đường không, bổ sung bằng máy quét laser SLAM 3D trên cạn và trên cạn.Công nghệ LiDAR chủ yếu được áp dụng để khai thác các thông số cơ bản của lâm phần như số cây, chiều cao cây, đường kính ngang ngực và mật độ tán, cũng như ước tính thể tích lâm phần.

01 Số chân đế

Số lượng cây là thông tin về số lượng cây trong một khu vực nhất định, là một chỉ số quan trọng để mô tả mật độ lâm phần.Thuật toán khai thác số cây dựa trên mô hình chiều cao tán cây (CHM) được tạo ra bởi dữ liệu đám mây điểm để phát hiện tối đa cục bộ.Sau khi đi ngang qua CHM để nhận giá trị lớn nhất trong cửa sổ, có thể thu được đỉnh vương miện, để lấy thông tin số thực vật.

02 Chiều cao cây đứng

Chiều cao của cây không chỉ phản ánh sự phát triển của cây mà còn là một thông số quan trọng để ước tính trữ lượng rừng.Công nghệ LiDAR không chỉ có thể thu được đám mây điểm dưới tán rừng mà còn cả đám mây điểm địa hình dưới tán rừng.Dựa trên CHM thu được từ hai quá trình, các thông số chiều cao của cây đơn lẻ có thể được trích xuất bằng cách sử dụng các đỉnh ngọn.

03 DBH cây

DBH là một trong những thông số quan trọng để đánh giá tình trạng sinh trưởng của cây.

Phương pháp đo thủ công là dùng thước DBH để đo đường kính của cây cách gốc 1,3m làm thông số DBH.Phương pháp trích xuất thông tin DBH dạng cây dựa trên dữ liệu đám mây điểm LiDAR trên mặt đất hoặc SLAM là phương pháp vòng tròn phù hợp Hough.Phương pháp này được sử dụng để phân đoạn đám mây điểm cây đơn lẻ.Trên cơ sở này, dữ liệu đám mây điểm ở độ cao 1,3m DBH được chặn để tạo ra hình ảnh lưới hai chiều tương ứng.Sau đó, thuật toán lắp vòng tròn biến đổi Hough được sử dụng để lắp hình tròn và đường kính hình tròn thu được có thể được coi là DBH cây.

04Mật độ tán đứng

Mật độ tán là phản ánh vĩ mô của sinh trưởng rừng và là yếu tố then chốt để xác định cường độ chặt phá.Mật độ tán là tỷ lệ phần trăm của hình chiếu tán cây và diện tích đất rừng.

Các phương pháp viễn thám truyền thống cần sử dụng các thuật toán xử lý ảnh phức tạp để phân đoạn tán rừng từ Orthophoto Image (DOM), sau đó tính mật độ tán bằng cách đếm tỷ lệ giữa tán rừng và diện tích rừng.LiDAR dựa trên công nghệ đa tiếng vang thu được mật độ tán cây bằng cách đếm trực tiếp tỷ lệ điểm thực vật của tiếng vang đầu tiên trên tổng số điểm của tiếng vang đầu tiên, rất đơn giản và hiệu quả.

Ưu điểm của LiDAR

LiDAR có những lợi thế rõ ràng trong điều tra và giám sát tài nguyên rừng:

1. Hiệu quả hoạt động cao đáp ứng nhu cầu điều tra tài nguyên rừng quy mô lớn

Lấy LiDAR PM-1500 trong không khí Hi-Cloud làm ví dụ, nó có bốn tiếng vọng và tốc độ quét lên đến 2 triệu điểm / s, có thể thu được hiệu quả thông tin ba chiều toàn diện như cành cây, thân cây và bề mặt, để trích xuất chính xác các thông số chân đế.Ngoài ra, nhờ phạm vi hoạt động dài 1500 mét, nó không chỉ không sợ địa hình núi cao có độ sụt cao, mà còn có phạm vi hoạt động đơn lẻ rộng lớn, và hiệu quả của hoạt động điều tra đã được cải thiện đáng kể.

2.Ít can thiệp thủ công hơn, an toàn cho nhân viên

Bán kính hoạt động của PM-1500 LiDAR trên không có thể đạt tới 30 km và nhiệm vụ có thể được thực hiện tự động mà không cần can thiệp thủ công sau khi lập kế hoạch đường bay.Người vận hành không cần phải đi sâu vào khu vực rừng để đảm bảo an toàn cho công tác điều tra và tránh tai nạn.

3.Kết quả điều tra tài nguyên rừng phong phú

Ngoài các thông số thông thường như số lâm phần, chiều rộng tán và mật độ tán có thể thu được bằng các phương tiện viễn thám thông thường, công nghệ LiDAR còn có thể thu được trực tiếp các thông số về chiều cao và đường kính ngang ngực của cây và ước tính chính xác thể tích rừng để cung cấp thông tin tham số chính xác và toàn diện hơn để điều tra tài nguyên rừng.

4.Dữ liệu khách quan, chính xác và có thể theo dõi được

Việc lựa chọn phạm vi, đối tượng khảo sát thường mang tính ngẫu nhiên, chủ quan, hoạt động khảo sát chỉ được thực hiện một lần mà không truy xuất nguồn gốc nên khó đảm bảo tính khách quan, chính xác của kết quả khảo sát.

Dựa trên công nghệ LiDAR, một mặt có thể thu được dữ liệu đám mây điểm rừng bao phủ toàn bộ phạm vi, mặt khác, có thể thực hiện trích xuất tự động các thông số điểm đứng tổng thể trong phạm vi dựa trên thuật toán xử lý dữ liệu đám mây điểm .

Ngoài ra, thông qua việc xử lý tổng hợp dữ liệu LiDAR trên không, trên cạn, SLAM và các dữ liệu LiDAR đa nguồn khác, nó thậm chí có thể đáp ứng các yêu cầu khai thác thông số giá đỡ cây đơn chi tiết hơn.Công nghệ LiDAR có tính khách quan và hiệu quả không thể so sánh được trong việc trích xuất các thông số chân đế.