ICS65.020ICS65.020CCSB07湖 北 省 地 方 標(biāo) 準(zhǔn)DB42/T2073—2023機(jī)載激光雷達(dá)森林蓄積量建模技術(shù)規(guī)程Codeofpracticeformodelingforestgrowingstockvolumebasedonairbornelidar20232023072720230927湖北省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布目 次前言 III引言 V1范引文件 1語(yǔ)定義 1體術(shù)求 2點(diǎn)數(shù)要求 2點(diǎn)密要求 2采時(shí)要求 2工流圖 3備作 4資收集 4儀設(shè)備 4地?fù)?jù)取 4樣布與位 4地選則 4地選法 4地位 4樣設(shè)置 5地小形狀 5地量 5樣調(diào)查 5據(jù)理 5樣數(shù)處理 5點(diǎn)數(shù)預(yù)理 5林積建模 6點(diǎn)特提取 6點(diǎn)特篩選 6最模與參定 6型度價(jià) 6模評(píng)方法 6定數(shù)R2 6均對(duì)差MAE 6方誤差RMSE 7對(duì)方誤差rRMSE 7精要求 7林積空分統(tǒng)計(jì) 7點(diǎn)特格化 7森蓄量算 7森蓄量間布統(tǒng)計(jì) 7森蓄量間布圖 8果料 8附錄A（料）樹及郁度級(jí)分準(zhǔn) 9附錄B（料）預(yù)樣地性構(gòu)表 10附錄C（料）樹組分表 11附錄D（料）常的LiDAR云據(jù)征量 12附錄E（料）特篩選法 14特變度法 14相系法 14相系法 14隨森特篩選 14附錄F（料）模精度價(jià)標(biāo)級(jí) 15附錄G（料）森蓄積建技報(bào)模板 16參考獻(xiàn) 17前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提出。本文件由湖北省林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本文件為首次發(fā)布。 言機(jī)載激光雷達(dá)森林蓄積量建模技術(shù)規(guī)程范圍本文件適用于湖北省域范圍內(nèi)應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)開展森林蓄積量模型構(gòu)建、模型精度驗(yàn)證和森林蓄積量空間分布統(tǒng)計(jì)等工作，星載激光雷達(dá)及無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)用于森林蓄積量建模可參照?qǐng)?zhí)行。（GB/T26424國(guó)家森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程GB/T36100-2018機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及計(jì)算方法CH/T3023機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取成果質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程CH/T8023機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范CH/T8024-2011機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)規(guī)范CH/T3023機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取成果質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程CH/T8023機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范CH/T8024-2011機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)規(guī)范LY/T1821林業(yè)地圖圖式3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。激光雷達(dá)lidar發(fā)射激光束并接收回波獲取目標(biāo)三維信息的系統(tǒng)。[來(lái)源：CH/T8024-2011,定義3.1]機(jī)載激光雷達(dá)airbornelidar在航空平臺(tái)上，集成激光雷達(dá)、定位定姿系統(tǒng)（POS）、數(shù)碼相機(jī)和控制系統(tǒng)所構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。[來(lái)源：CH/T8024-2011,定義3.4]點(diǎn)云pointcloud以離散、不規(guī)則方式分布在三維空間中的點(diǎn)的集合。[來(lái)源：CH/T8024-2011,定義3.5]點(diǎn)云密度pointclouddensity以高程方向?yàn)榉ǚ较颍瑔挝幻娣e上點(diǎn)云中激光點(diǎn)的平均數(shù)量。[來(lái)源：GB/T36100-2018，定義3.4]樹干材積volume根徑以上樹干的體積，以立方米(m3)為單位。森林蓄積量forestgrowingstockvolume森林中所有活立木樹干材積的總和，以立方米為單位。特征提取featureextraction對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云中某一模式的一組測(cè)量值進(jìn)行變換，以突出該模式具有代表性特征的一種方法。特征篩選featureselection從原始激光雷達(dá)點(diǎn)云中,經(jīng)過(guò)特征提取后，篩選確定對(duì)森林蓄積量估算更有效的特征變量的工作。超參數(shù)hyperparameters網(wǎng)格搜索法gridsearch4總體技術(shù)要求網(wǎng)格搜索法gridsearch4總體技術(shù)要求GB/T36100CH/T3023CH/T、CH/T8024根據(jù)地貌形態(tài)及森林群落分布，點(diǎn)云密度應(yīng)符合表1中要求。表1不同地貌形態(tài)下點(diǎn)云密度要求采集時(shí)間要求地貌形態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)最低點(diǎn)云密度/(pts/m2)平地地表開闊，且相對(duì)高差小于50m≥4丘陵海拔小于500m100m≥8山地海拔低于2000m，起伏度大于150m≥16高山地海拔大于2000m≥25樣地調(diào)查、衛(wèi)星影像獲取與機(jī)載激光雷達(dá)采集時(shí)間上應(yīng)保持同步，最長(zhǎng)時(shí)間間隔不超過(guò)180天。工作流程圖機(jī)載激光雷達(dá)森林蓄積量建模技術(shù)工作流程見(jiàn)圖1。圖1工作流程圖調(diào)查區(qū)域內(nèi)需要收集的資料如下：LAS4.2準(zhǔn)備樣地調(diào)查及實(shí)地驗(yàn)證等工作所需儀器、工具等。樣地預(yù)選應(yīng)遵循以下原則。。按以下步驟進(jìn)行樣地預(yù)選工作：1.23～520m；shapefileKML。2030m，15m將調(diào)查區(qū)域內(nèi)的森林及疏林地，根據(jù)喬木林優(yōu)勢(shì)樹種或樹種組進(jìn)行劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)可參考附錄C。（1）????2??=()??

×1.2········································································(1)式中：??——樣地?cái)?shù)量；??——可靠性指標(biāo)，在95%的可靠性水平下，t一般取1.96；??——調(diào)查區(qū)域前期統(tǒng)計(jì)的區(qū)域蓄積量變異系數(shù)；??——期望取得的森林蓄積量相對(duì)誤差，一般不高于15%。GB/T26424GB/T38590GB/T26424、GB/T38590樣地?cái)?shù)據(jù)處理GB/T26424點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理按以下步驟進(jìn)行：型；點(diǎn)云特征提取D。點(diǎn)云特征篩選采用特征篩選算法選出對(duì)森林蓄積量敏感的點(diǎn)云特征變量，特征變量篩選算法可參考附錄E。最優(yōu)模型與超參數(shù)確定中的方法選出最優(yōu)的建模模型；c)在確定模型的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)格搜索法確定模型的超參數(shù)。9模型精度評(píng)價(jià)9.1.1R中的方法選出最優(yōu)的建模模型；c)在確定模型的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)格搜索法確定模型的超參數(shù)。9模型精度評(píng)價(jià)9.1.1R2采用決定系數(shù)評(píng)價(jià)模型估測(cè)精度，按公式（2）計(jì)算：??2=1?∑????=1∑????=1???????2?????2(2)式中：??????——為樣本蓄積量值；——??——9.1.2平均絕對(duì)誤差MAE采用平均絕對(duì)誤差評(píng)價(jià)模型精度，按公式（3）計(jì)算：??????=1∑??|??????|·································································(3)????=1 ?? ??式中：????——實(shí)際調(diào)查值；??————??——樣本數(shù)量。RMSE采用均方根誤差評(píng)價(jià)模型估測(cè)精度，按公式（4）計(jì)算：????????=√1∑?? (???)2·····························································(4)????=1 ?? ??式中：??——????——樣本蓄積量值；——??——訓(xùn)練和驗(yàn)證樣地?cái)?shù)量。相對(duì)均方根誤差rRMSE采用相對(duì)均方根誤差評(píng)價(jià)模型估測(cè)精度，按公式（5）計(jì)算：采用相對(duì)均方根誤差評(píng)價(jià)模型估測(cè)精度，按公式（5）計(jì)算：??????????=????????*100%··································································(5)式中：????????——均方根誤差；?——精度要求按照模型評(píng)價(jià)方法中計(jì)算的4個(gè)指標(biāo)精度要求及等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)可參考附錄F。當(dāng)有2個(gè)指標(biāo)的等級(jí)達(dá)到中及以上，模型等級(jí)為中；當(dāng)有3個(gè)指標(biāo)的等級(jí)達(dá)到中及以上，模型等級(jí)為優(yōu)。最終選擇的模型精度等級(jí)應(yīng)達(dá)到中級(jí)及以上。10森林蓄積量空間分布統(tǒng)計(jì)點(diǎn)云特征格網(wǎng)化將整個(gè)調(diào)查區(qū)域的機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格網(wǎng)單元大小，提取點(diǎn)云特征變量。森林蓄積量計(jì)算采用最優(yōu)模型和篩選確定的點(diǎn)云特征變量，計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)單元的森林蓄積量。森林蓄積量空間分布統(tǒng)計(jì)（m3）0.01。LY/T182111成果資料提交的主要成果資料如下：G；附錄A（資料性）樹高及郁閉度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)該附錄列出了針對(duì)優(yōu)勢(shì)樹種或樹種組按照樹高和郁閉度進(jìn)行分層時(shí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，其中樹高分層劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表A.1,郁閉度分層劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表A.2。表A.1樹高分層劃分標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)樹高矮＜10m中10m～20m高＞20m表A.2郁閉度分層劃分標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)郁閉度疏＜0.4中0.4～0.7密＞0.7附錄B（資料性）預(yù)設(shè)樣地屬性結(jié)構(gòu)表該附錄列出了預(yù)設(shè)樣地的屬性表，具體表結(jié)構(gòu)如表B.1所示。表B.1預(yù)設(shè)樣地屬性結(jié)構(gòu)表序號(hào)字段名稱字段代碼字段類型字段長(zhǎng)度小數(shù)位數(shù)約束條件1樣地編號(hào)ydbh長(zhǎng)整型30－必填2省sheng字符型10－必填3市shi字符型20－必填4縣（區(qū)）xian字符型20－必填5鄉(xiāng)xiang字符型20－必填6村cun字符型20－必填7林業(yè)局linyeju字符型20－必填8林班l(xiāng)inban長(zhǎng)整型30－必填9小班xiaoban長(zhǎng)整型30－必填10橫坐標(biāo)hzb實(shí)數(shù)型126必填11縱坐標(biāo)zzb實(shí)數(shù)型126必填12立地類型ldlx字符型20－必填13優(yōu)勢(shì)樹種yssz字符型20－必填14平均樹高pjsg實(shí)數(shù)型41必填15郁閉度ybd實(shí)數(shù)型41必填16平均年齡pjnl整數(shù)型40必填17小班單位蓄積xbdwxj實(shí)數(shù)型102必填18預(yù)選人yxr字符型10－必填19預(yù)選時(shí)間yxsj時(shí)間型16－必填附錄C（）按喬木林分為優(yōu)勢(shì)樹種組，并根據(jù)當(dāng)?shù)刂饕l(xiāng)土樹種的種類，劃分樹種組如表C.1所示。表C.1樹種組分類標(biāo)準(zhǔn)表樹種組類型類別樹種名稱針葉樹種組冷杉類冷杉等松類馬尾松、落葉松、華山松、巴山松、濕地松、黃山松等。杉類杉木、柳杉、水杉、池杉等柏木類柏木、刺柏、圓柏、側(cè)柏等闊葉樹種組硬闊類樟樹、楠木、栓皮櫟、麻櫟、錐櫟、高山櫟、銳齒櫟、茅栗、枹樹、青岡櫟、紅樺、白樺、光皮樺、楮栲、珙桐、光葉珙桐、樸樹、山毛櫸、刺榆、興山榆、山白樹、神農(nóng)櫟、湖北栲、檀木等。軟闊類椴木、檫木、花楸類、懸鈴木、合歡、欒樹、拐棗樹、梾木類、白辛樹、楸樹、柳類、泡桐、鵝掌楸、木蘭、凹葉厚樸、含笑、白蘭、巴東木蓮、槭類、三角楓、冬青、楝樹、香椿、小果香椿、皂莢、黃連木、構(gòu)樹、楓楊、青錢柳、黃杞、毛榿木、喜樹、梧桐等。楊類山楊、毛白楊、響葉楊、意楊等?；旖粯浞N組針葉混任何一個(gè)樹種或樹種組蓄積量或株數(shù)占總蓄積量或總株數(shù)比例小于65%。闊葉混針闊混喬木經(jīng)濟(jì)樹種組果樹類柑橘、梨、桃、李、柿、核桃、板栗、枇杷、宜昌橙、楊梅等。食用原料樹種類油茶、油橄欖、花椒、八角、肉桂、桂花、胡椒、其他食用原料類等。工業(yè)原料樹種類漆樹、油桐、烏桕、棕櫚、白蠟樹、毛棶等。藥用樹種類杜仲、厚樸、銀杏、黃柏、鹽膚木、吳茱萸等。其他經(jīng)濟(jì)樹種組桑樹等。附錄D（資料性）常用的LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征變量D.1。表D.1常用的LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征變量變量名稱計(jì)算方法含義hmax最高高度???????=???????某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)的高度值的最大值hrange高度分布范圍???????????=???????????????某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)的高度值范圍hmean平均高度?????????=(?1+?2+?+???)/??某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)的高度值的平均值hmed中值高度???????=?50某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)高度值的中位數(shù)hvar方差???????=(∑???1(?????????????)2)/(???1)??=0某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)高度值的方差hstdv標(biāo)準(zhǔn)差?????????=√???????某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)高度值的標(biāo)準(zhǔn)差hskew偏態(tài)??????????????????????=(∑???1( )3)/????=0 √???????某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)高度值分布的對(duì)稱性hkurt峭度????????????????=(∑???1( )4?3)/????=0√???????某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)高度值分布的平坦度hcv變動(dòng)系數(shù)?????=???????????????????某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)高度值的變異系數(shù)hmad平均絕對(duì)偏差???????=(∑???1|?????????????|)/????=0某一格網(wǎng)內(nèi)所有點(diǎn)高度值的偏差的平均值hp分位數(shù)高度h1、h5、h10、h20、h25、h30、h40、h50、h60、h70、h75、h80、h90、h95、h99某一格網(wǎng)內(nèi)將其內(nèi)部所有歸一化的激光雷達(dá)點(diǎn)云按高度進(jìn)行排序，然后計(jì)算每一格網(wǎng)內(nèi)X%的點(diǎn)所在的高度，即為該格網(wǎng)的高度百分位數(shù)hiqp四分位間距hiqp=h75-h25某一格網(wǎng)內(nèi)75%的高度分位數(shù)與25%高度分位數(shù)之間的差值hcrr冠層突出比???????=(???????????_min)/???????????某一格網(wǎng)內(nèi)高度平均水平下方占高度范圍的比例htexture高度結(jié)構(gòu)，0m～1m的標(biāo)準(zhǔn)差?????????,??=(?1+?2+?+???)/?????????,??=(∑???1(?????????????,??)2)/(???1)??=0???????????????=√???????,??j為地面0~1m處的激光點(diǎn)地面附近所有點(diǎn)的高程標(biāo)準(zhǔn)差，反映地面及附近植被的粗糙程度，一般取地面附近1m內(nèi)的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算nPtsLidar回波數(shù)????????發(fā)射的脈沖接觸到物體時(shí)以一個(gè)或多個(gè)回波返回傳感器的回波數(shù)量之和vdensity總植被密度??植被點(diǎn)?????????所有植被點(diǎn)占總點(diǎn)數(shù)的比例stratum0地表回波百分比??地表?????????地表面區(qū)間內(nèi)的植被點(diǎn)再所有點(diǎn)中所占的比例stratum10m～1m植被回波百分比??0~1??/????????0m～1m比例stratum21m～2.5m植被回波百分比??1~2.5???????????1m～2.5m的比例表D.1常用的LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征參數(shù)（續(xù)）變量名稱計(jì)算方法含義stratum32.5m～10m植被回波百分比??2.5~10???????????2.5m～10m占的比例stratum410m～20m植被回波百分比??10~20???????????10m～20m的比例stratum520m～30m植被回波百分比??20~30???????????20m～30m的比例stratum630m以上植被回波百分比??>30???????????30m比例pct1一次回波百分比??一次回波?????????一次回波百分比占回波總數(shù)的比例pct2二次回波百分比??二次回波?????????二次回波百分比占回波總數(shù)的比例pct3三次回波百分比??三次回波?????????三次回波百分比占回波總數(shù)的比例PCTnotfirst非一次回波百分比??非一次回波?????????非一次回波百分比占回波總數(shù)的比例注：N為點(diǎn)云數(shù)量；j為第j個(gè)激光點(diǎn)附錄E（）該方法一般用在特征選擇前的預(yù)處理，主要目的是去掉變異程度小的特征。95%。1%。采用相關(guān)系數(shù)法，計(jì)算特征變量與響應(yīng)變量之間的相關(guān)