激光雷达森林生态应用：理论、方法及实例 [Lidar Principles,Processing and Applications in Forest Ecology] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

　　激光雷达作为一种新兴技术，为生态学研究提供了一个全新的三维视角，将促进生态学的定量描述从“二维”到“三维”的变革。《激光雷达森林生态应用：理论、方法及实例》讲解了激光雷达技术原理及不同激光雷达平台的数据获取与处理，并以此为基础系统介绍了激光雷达技术在森林生态应用中的理论基础和技术方法，可以帮助读者拓宽激光雷达技术与森林生态学交叉应用研究的思路。由于激光雷达技术尚处于快速发展阶段，读者要深入了解其原理和应用，往往需要使用编程语言进行数据处理与分析，该书在介绍相关内容时附有Python程序代码，供读者使用。

内容简介

　　《激光雷达森林生态应用：理论、方法及实例》系统介绍激光雷达技术及其在森林生态学研究中的应用和前沿发展，同时包括国内外相关领域的典型研究实例。全书分为基础原理、技术方法、应用与前沿展望三大部分，共15章。第一部分包括第1～3章，重点阐述激光雷达遥感技术的基本概念和类型、扫描测距原理、数据获取工作流程和误差来源；第二部分包括第4～10章，详细介绍激光雷达森林生态应用的技术基础，针对森林生态关键参数阐述了激光雷达遥感定量分析方法，并就具体的参数提取给出了应用程序代码；第三部分包括第11～15章，结合实例阐述了激光雷达在森林生态学研究中的应用热点，介绍了新兴起的移动激光雷达平台，力图反映激光雷达技术的未来发展方向及其森林生态应用前景。
　　《激光雷达森林生态应用：理论、方法及实例》从广阔的视角介绍激光雷达主动遥感技术在森林牛态学多个分支领域的应用，对于遥感、生态、植被、气候、水文、环境、规划、气象和防灾减灾等专业的高校师生以及从事相关领域研究的科研人员具有参考价值。

内页插图

精彩书评

　　★“《激光雷达森林生态应用：理论、方法及实例》从解决全球变化、生物多样性、可持续发展等前沿科学问题出发，以精确获取森林生态关键要素为线索贯穿全文，内容涵盖了激光雷达基础、森林生态关键参数的提取与反演、激光雷达技术应用的发展方向……国内关于激光雷达应用于森林生态学研究的图书缺乏，该书在这方面做了开创性工作，其中基于激光雷达技术开展的生态系统结构参数提取、功能参数反演、三维场景重建和模拟的研究成果，创新性、启发性、教育性强，对推动激光雷达技术在生态学领域的应用普及将起到相当重要的作用。”
　　——中国科学院院士方精云

目录

第一篇 基础原理
第1章 激光雷达主动遥感技术的起源与发展分化
1．1 激光雷达技术简介及发展历史
1．2 激光雷达分类
1．3 主要商业激光雷达设备简介
1．3．1 国外主要商业激光雷达设备
1．3．2 国内主要商业激光雷达设备
1．4 激光雷达数据专业处理软件简介
1．5 激光雷达在森林生态学中的应用价值
1．6 小结
参考文献

第2章 激光雷达工作原理
2．1 激光扫描仪的测距原理
2．1．1 脉冲式测距
2．1．2 相位式测距
2．1．3 测距精度
2．2 激光扫描仪的辐射原理
2．2．1 激光雷达方程
2．2．2 辐射回波信号
2．3 地基激光雷达工作原理
2．3．1 地基激光雷达系统组成
2．3．2 地基激光雷达系统的主要参数
2．4 机载激光雷达工作原理
2．4．1 机载激光雷达系统组成
2．4．2 机载激光雷达系统的主要参数
2．5 星载激光雷达工作原理
2．5．1 星载激、光雷达系统组成
2．5．2 星载激光雷达系统的主要参数
2．6 小结
参考文献

第3章 激光雷达外业工作流程和系统误差来源
3．1 地基激光雷达扫描系统作业基本流程
3．1．1 扫描前期准备
3．1．2 扫描作业规划
3．1．3 数据采集作业
3．1．4 数据初期检验
3．2 机载激光雷达扫描系统作业基本流程
3．2．1 机载激光雷达作业流程概述
3．2．2 航测前期准备工作
3．2．3 航测方案规划设计
3．2．4 航测数据采集作业
3．3 地基激光雷达扫描系统误差来源
3．4 机载激光雷达扫描系统误差来源
3．4．1 飞行平台误差
3．4．2 POS系统误差
3．4．3 激光传感器误差
3．4．4 系统集成误差
3．5 小结
参考文献

第二篇 技术方法
第4章 激光雷达点云数据格式
4．1 点云数据格式、组成和特点
4．1．1 点云数据格式和组成
4．1．2 点云数据特点
4．2 点云数据索引
4．3 点云数据的读取
4．3．1 为什么选用Python编程语言？
4．3．2 Python的基本语法
4．3．3 Pvthon读取激光雷达数据及其索引
4．4 小结
参考文献

第5章 激光雷达数据滤波和数字高程模型生成
5．1 滤波简介
5．1．1 基本概念
5．1．2 滤波的难点
5．2 滤波方法概述
5．2．1 基于坡度的滤波方法
5．2．2 基于形态学的滤波方法
5．2．3 基于插值的滤波方法
5．2．4 基于渐进三角网加密的滤波方法
5．2．5 基于分割思想的滤波方法
5．2．6 混合滤波方法
5．3 滤波精度评价比较
5．4 DEM的生成
5．4．1 DEM插值方法与比较
5．4．2 DEM误差分析
5．4．3 DEM精度分析
5．5 小结
参考文献

第6章 地基激光雷达数据分析和特征提取
6．1 点云解算
6．2 点云配准
6．3 噪声去除
6．3．1 基于空间分布的去噪算法
6．3．2 基于聚类的去噪算法
6．3．3 基于密度的去噪算法
6．4 点云特征提取
6．4．1 颜色特征
6．4．2 局部几何特征
6．5 点云分类
6．5．1 基于模型拟合的点云分类
6．5．2 基于区域增长的点云分类
6．5．3 基于聚类的点云分类
6．6 小结
参考文献

第7章 机载激光雷达数据分析和特征提取
7．1 机载激光雷达数据处理流稃
7．2 机载激光雷达数据解算
7．3 航带拼接与航带平差
7．4 点云数据的粗差探测
7．4．1 粗差定义和来源
7．4．2 粗差探测与剔除
7．5 机裁激光雷达点云分类和目标提取
7．5．1 点云分类和目标提取方法简介
7．5．2 点云临督分类流崔及精度分析
7．5．3 点云监督分类过程中的特征提取
7．6 小结
参考文献

第8章 星载激光雷达数据分析和特征提取
8．1 GLAS简介
8．1．1 慨述
8．1．2 GLAS产品简介
8．1．3 GLAS数据获取与数据类型
8．2 GLAS波形数据处理与参数提取
8．2．1 GLAS波形数据处理
8．2．2 GLAS波形参数提取
8．3 GLAS数据应用
8．3．1 大区域尺度树高估算
8．3．2 大区域尺度地土生物量估算
8．4 小结
参考文献

第9章 森林结构参数提取
9．1 群落水平林业结构参数
9．1．1 群落垂直结构剖面
9．1．2 群落结构参数及层片结构
9．2 单木水平林业结构参数提取
9．2．1 单小分割
9．2．2 结构参数批量提取
9．3 小结
参考文献

第10章 生态系统功能参数反演与大尺度模拟
10．1 冠盖度与郁闭度
10．2 叶面积指数
lO．2．1 理论基础
10．2．2 地基激光雷达提取LAI
10．2．3 机载激光雷达提取LAI
10．2．4 星载激光雷达提取LAI
10．3 地上生物量
10．3．1 基于大光斑激光雷达的森林地上生物量估算
10．3．2 基于小光斑激光雷达的森林地上生物量估算
10．4 小结
参考文献

第三篇 应用与前沿展望
第11章 激光雷达技术在森林生态系统动态监控中的应用
11．1 森林动态监控
11．1．1 基于激光雷达的森林动态监控
11．1．2 基于激光雷达的森林生长模型构建
11．2 林火监控和林火烈度评估
11．2．1 基于激光雷达的林火实时监控
11．2．2 基于激光雷达的林火烈度评估
11．2．3 基于激光雷达的森林可燃物载量估算
11．3 森林疏伐区检测
11．4 小结
参考文献

第12章 激光雷达技术在森林生物多样性、生态水文及生态模型中的应用
12．1 激光雷达技术在生物多样性研究中的应用
12．1．1 遥感技术在生物多样性研究进展
12．1．2 激光雷达技术在生物多样性研究中的应用实例
12．1．3 激光雷达技术在生物多样性监测网络中的发展前景
12．2 激光雷达技术在生态水文研究中的应用
12．3 激光雷达技术在生态模型中的应用
12．4 小结
参考文献

第13章 基于激光雷达技术的植被三维可视化重建
13．1 单木水平的三维重建
13．2 景观水平的三维可视化模拟
13．3 植被三维重建的应用领域
13．4 小结
参考文献

第14章 近地面移动激光雷达平台的兴起及其生态应用
14．1 背包激光雷达系统
14．1．1 背包激光雷达系统的硬件组成
14．1．2 背包激光雷达系统的工作原理
14．1．3 背包激光雷达数据示例
14．2 车载激光雷达系统
14．2．1 车载激光雷达系统的硬件组成
14．2．2 车载激光雷达系统的T作原理
14．2．3 车载激光雷达数据示例
14．3 无人机及其他近地面激光雷达系统
14．3．1 无人机激光雷达系统的硬件组成
14．3．2 无人机激光雷达系统的工作原理
14．3．3 无人机激光雷达数据示例
14．4 近地面移动激光雷达平台的生态应用
14．4．1 在城市生态系统中的应用
14．4．2 在湿地生念系统中的应用
14．4．3 在草地生态系统中的应用
14．4．4 在农田生态系统中的应用
14．5 小结
参考文献

第15章 激光雷达技术面临的挑战与应用展望
15．1 激光雷达的技术展望
15．1．1 传感器的研发和创新
15．1．2 多源异构数据融合
15．1．3 激光雷达在大数据时代的发展和机遇
15．2 激光雷达在森林生态系统的应用展望
15．3 小结
参考文献
索引

前言/序言

　　2005年，我在美国加利福尼亚大学（默塞德分校）开始我的教职生涯。参与的第一个跨学科大项目是“Sierra Nevada Adaptive ManagementProject”（内华达山脉适应性管理项目）。受加利福尼亚州政府的委托，加利福尼亚大学作为独立第三方被邀请来全面评价美国联邦森林管理局的森林管理策略对加利福尼亚州内华达山脉森林的影响（包括森林健康、濒危物种、森林火灾、水资源、公众意识等）。项目涉及生态学、水文学、地学和社会科学等多个学科，加利福尼亚大学三个分校（伯克利、戴维斯、默塞德分校）6个团队的10多位教授共同主持该项目，我有幸作为空间分析团队的项目负责人加入该项目。由于该项目的成果会直接影响美国联邦森林管理局的森林管理政策，获取高精度的地形、森林植被以及物种分布信息是本项目执行成功的关键。我提出通过采用激光雷达技术提取精准森林结构参数和地形因子的技术方案，来评价森林疏伐对环境的影响。此外，我还作为美国自然科学基金会支持的美国地学关键带（Critical Zone Observatory，CZO）的项目负责人，负责收集和处理所有关键带的激光雷达数据。在美期间，我同时也完成多项美国自然科学基金会、联邦地质调查局、联邦国家公园管理局、加利福尼亚州水利局、摩尔基金会等超过千万美元的项目。全职回国以后，我和团队承担了中国科学院战略性科技先导专项（A类）、国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家重点研发计划、中国科学院科研装备研制项目、国家自然科学基金等多项研究任务，继续开展激光雷达技术在农业育种、林业监测和生态保护研究等领域的应用和国内推广，并在林下地形提取、森林精细结构反演、生物多样性监测、作物表型参数提取、城市三维绿量和多源传感器集成等方面取得了重要成果。
　　执行这些项目过程中，我和团队突破了一系列数据获取和信息提取的瓶颈，解决了生物物种三维空间的生态位需求与传统遥感技术只能获取二维平面生境信息的不对称问题，同时也深刻认识到激光雷达技术为生态学研究提供的全新三维视角，将促进生态学的定量描述从“二维”到“三维”的变革。激光雷达作为一种新兴技术，目前还缺乏一本全面讲述激光雷达在森林生态系统应用的入门书籍。撰写本书的目的是希望向读者系统地介绍激光雷达技术及其在森林生态研究中的应用和前沿发展。读者对象包括生态学和地学相关专业的高年级本科生和研究生，以及希望了解该领域的学者。由于激光雷达技术尚处于快速发展阶段，许多算法也还不够成熟，读者要深入了解激光雷达原理和应用，往往需要使用编程语言进行数据处理，所以本书在介绍相关内容时附有Python代码，相关数据和程序可以在我们团队网站下载。
　　本书主要基于团队在激光雷达软硬件研发和森林生态应用方面十多年的研究结果撰写而成。非常感谢这些年来和我一起学习和成长的团队成员；特别感谢参与部分章节撰写和整理工作的团队成员，他们是：苏艳军、胡天宇、刘瑾、李文楷、薛宝林、吴芳芳、李玉美、赵晓倩、翟秋萍、庞树鑫、金时超、史跃、陈琳海、刘丹、陶胜利、高上、王永财、马勤、王瑞、徐可心、李静、徐光彩、杨炳伟和孙喜亮。
　　撰写本书的最初想法是我在美国加利福尼亚大学工作期间萌生的。当时，我作为国际华人地理信息科学协会（CPGIS）成员，参与“地理信息科学系列”著作的出版。回国后，非常荣幸受中国科学院大学邀请，担任“植被生态与遥感应用”的首席教授，优秀的学生们对于先进技术的求知若渴进一步敦促我完善思路并最终落笔成稿。在本书出版过程中得到了高等教育出版社关焱编辑的大力支持，我代表本书作者深表感谢。
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