激光雷達森林生態應用：理論、方法及實例 [Lidar Principles,Processing and Applications in Forest Ecology] 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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編輯推薦

　　激光雷達作為一種新興技術，為生態學研究提供瞭一個全新的三維視角，將促進生態學的定量描述從“二維”到“三維”的變革。《激光雷達森林生態應用：理論、方法及實例》講解瞭激光雷達技術原理及不同激光雷達平颱的數據獲取與處理，並以此為基礎係統介紹瞭激光雷達技術在森林生態應用中的理論基礎和技術方法，可以幫助讀者拓寬激光雷達技術與森林生態學交叉應用研究的思路。由於激光雷達技術尚處於快速發展階段，讀者要深入瞭解其原理和應用，往往需要使用編程語言進行數據處理與分析，該書在介紹相關內容時附有Python程序代碼，供讀者使用。

內容簡介

　　《激光雷達森林生態應用：理論、方法及實例》係統介紹激光雷達技術及其在森林生態學研究中的應用和前沿發展，同時包括國內外相關領域的典型研究實例。全書分為基礎原理、技術方法、應用與前沿展望三大部分，共15章。第一部分包括第1～3章，重點闡述激光雷達遙感技術的基本概念和類型、掃描測距原理、數據獲取工作流程和誤差來源；第二部分包括第4～10章，詳細介紹激光雷達森林生態應用的技術基礎，針對森林生態關鍵參數闡述瞭激光雷達遙感定量分析方法，並就具體的參數提取給齣瞭應用程序代碼；第三部分包括第11～15章，結閤實例闡述瞭激光雷達在森林生態學研究中的應用熱點，介紹瞭新興起的移動激光雷達平颱，力圖反映激光雷達技術的未來發展方嚮及其森林生態應用前景。
　　《激光雷達森林生態應用：理論、方法及實例》從廣闊的視角介紹激光雷達主動遙感技術在森林牛態學多個分支領域的應用，對於遙感、生態、植被、氣候、水文、環境、規劃、氣象和防災減災等專業的高校師生以及從事相關領域研究的科研人員具有參考價值。

內頁插圖

精彩書評

　　★“《激光雷達森林生態應用：理論、方法及實例》從解決全球變化、生物多樣性、可持續發展等前沿科學問題齣發，以精確獲取森林生態關鍵要素為綫索貫穿全文，內容涵蓋瞭激光雷達基礎、森林生態關鍵參數的提取與反演、激光雷達技術應用的發展方嚮……國內關於激光雷達應用於森林生態學研究的圖書缺乏，該書在這方麵做瞭開創性工作，其中基於激光雷達技術開展的生態係統結構參數提取、功能參數反演、三維場景重建和模擬的研究成果，創新性、啓發性、教育性強，對推動激光雷達技術在生態學領域的應用普及將起到相當重要的作用。”
　　——中國科學院院士方精雲

目錄

第一篇 基礎原理
第1章 激光雷達主動遙感技術的起源與發展分化
1．1 激光雷達技術簡介及發展曆史
1．2 激光雷達分類
1．3 主要商業激光雷達設備簡介
1．3．1 國外主要商業激光雷達設備
1．3．2 國內主要商業激光雷達設備
1．4 激光雷達數據專業處理軟件簡介
1．5 激光雷達在森林生態學中的應用價值
1．6 小結
參考文獻

第2章 激光雷達工作原理
2．1 激光掃描儀的測距原理
2．1．1 脈衝式測距
2．1．2 相位式測距
2．1．3 測距精度
2．2 激光掃描儀的輻射原理
2．2．1 激光雷達方程
2．2．2 輻射迴波信號
2．3 地基激光雷達工作原理
2．3．1 地基激光雷達係統組成
2．3．2 地基激光雷達係統的主要參數
2．4 機載激光雷達工作原理
2．4．1 機載激光雷達係統組成
2．4．2 機載激光雷達係統的主要參數
2．5 星載激光雷達工作原理
2．5．1 星載激、光雷達係統組成
2．5．2 星載激光雷達係統的主要參數
2．6 小結
參考文獻

第3章 激光雷達外業工作流程和係統誤差來源
3．1 地基激光雷達掃描係統作業基本流程
3．1．1 掃描前期準備
3．1．2 掃描作業規劃
3．1．3 數據采集作業
3．1．4 數據初期檢驗
3．2 機載激光雷達掃描係統作業基本流程
3．2．1 機載激光雷達作業流程概述
3．2．2 航測前期準備工作
3．2．3 航測方案規劃設計
3．2．4 航測數據采集作業
3．3 地基激光雷達掃描係統誤差來源
3．4 機載激光雷達掃描係統誤差來源
3．4．1 飛行平颱誤差
3．4．2 POS係統誤差
3．4．3 激光傳感器誤差
3．4．4 係統集成誤差
3．5 小結
參考文獻

第二篇 技術方法
第4章 激光雷達點雲數據格式
4．1 點雲數據格式、組成和特點
4．1．1 點雲數據格式和組成
4．1．2 點雲數據特點
4．2 點雲數據索引
4．3 點雲數據的讀取
4．3．1 為什麼選用Python編程語言？
4．3．2 Python的基本語法
4．3．3 Pvthon讀取激光雷達數據及其索引
4．4 小結
參考文獻

第5章 激光雷達數據濾波和數字高程模型生成
5．1 濾波簡介
5．1．1 基本概念
5．1．2 濾波的難點
5．2 濾波方法概述
5．2．1 基於坡度的濾波方法
5．2．2 基於形態學的濾波方法
5．2．3 基於插值的濾波方法
5．2．4 基於漸進三角網加密的濾波方法
5．2．5 基於分割思想的濾波方法
5．2．6 混閤濾波方法
5．3 濾波精度評價比較
5．4 DEM的生成
5．4．1 DEM插值方法與比較
5．4．2 DEM誤差分析
5．4．3 DEM精度分析
5．5 小結
參考文獻

第6章 地基激光雷達數據分析和特徵提取
6．1 點雲解算
6．2 點雲配準
6．3 噪聲去除
6．3．1 基於空間分布的去噪算法
6．3．2 基於聚類的去噪算法
6．3．3 基於密度的去噪算法
6．4 點雲特徵提取
6．4．1 顔色特徵
6．4．2 局部幾何特徵
6．5 點雲分類
6．5．1 基於模型擬閤的點雲分類
6．5．2 基於區域增長的點雲分類
6．5．3 基於聚類的點雲分類
6．6 小結
參考文獻

第7章 機載激光雷達數據分析和特徵提取
7．1 機載激光雷達數據處理流稃
7．2 機載激光雷達數據解算
7．3 航帶拼接與航帶平差
7．4 點雲數據的粗差探測
7．4．1 粗差定義和來源
7．4．2 粗差探測與剔除
7．5 機裁激光雷達點雲分類和目標提取
7．5．1 點雲分類和目標提取方法簡介
7．5．2 點雲臨督分類流崔及精度分析
7．5．3 點雲監督分類過程中的特徵提取
7．6 小結
參考文獻

第8章 星載激光雷達數據分析和特徵提取
8．1 GLAS簡介
8．1．1 慨述
8．1．2 GLAS産品簡介
8．1．3 GLAS數據獲取與數據類型
8．2 GLAS波形數據處理與參數提取
8．2．1 GLAS波形數據處理
8．2．2 GLAS波形參數提取
8．3 GLAS數據應用
8．3．1 大區域尺度樹高估算
8．3．2 大區域尺度地土生物量估算
8．4 小結
參考文獻

第9章 森林結構參數提取
9．1 群落水平林業結構參數
9．1．1 群落垂直結構剖麵
9．1．2 群落結構參數及層片結構
9．2 單木水平林業結構參數提取
9．2．1 單小分割
9．2．2 結構參數批量提取
9．3 小結
參考文獻

第10章 生態係統功能參數反演與大尺度模擬
10．1 冠蓋度與鬱閉度
10．2 葉麵積指數
lO．2．1 理論基礎
10．2．2 地基激光雷達提取LAI
10．2．3 機載激光雷達提取LAI
10．2．4 星載激光雷達提取LAI
10．3 地上生物量
10．3．1 基於大光斑激光雷達的森林地上生物量估算
10．3．2 基於小光斑激光雷達的森林地上生物量估算
10．4 小結
參考文獻

第三篇 應用與前沿展望
第11章 激光雷達技術在森林生態係統動態監控中的應用
11．1 森林動態監控
11．1．1 基於激光雷達的森林動態監控
11．1．2 基於激光雷達的森林生長模型構建
11．2 林火監控和林火烈度評估
11．2．1 基於激光雷達的林火實時監控
11．2．2 基於激光雷達的林火烈度評估
11．2．3 基於激光雷達的森林可燃物載量估算
11．3 森林疏伐區檢測
11．4 小結
參考文獻

第12章 激光雷達技術在森林生物多樣性、生態水文及生態模型中的應用
12．1 激光雷達技術在生物多樣性研究中的應用
12．1．1 遙感技術在生物多樣性研究進展
12．1．2 激光雷達技術在生物多樣性研究中的應用實例
12．1．3 激光雷達技術在生物多樣性監測網絡中的發展前景
12．2 激光雷達技術在生態水文研究中的應用
12．3 激光雷達技術在生態模型中的應用
12．4 小結
參考文獻

第13章 基於激光雷達技術的植被三維可視化重建
13．1 單木水平的三維重建
13．2 景觀水平的三維可視化模擬
13．3 植被三維重建的應用領域
13．4 小結
參考文獻

第14章 近地麵移動激光雷達平颱的興起及其生態應用
14．1 背包激光雷達係統
14．1．1 背包激光雷達係統的硬件組成
14．1．2 背包激光雷達係統的工作原理
14．1．3 背包激光雷達數據示例
14．2 車載激光雷達係統
14．2．1 車載激光雷達係統的硬件組成
14．2．2 車載激光雷達係統的T作原理
14．2．3 車載激光雷達數據示例
14．3 無人機及其他近地麵激光雷達係統
14．3．1 無人機激光雷達係統的硬件組成
14．3．2 無人機激光雷達係統的工作原理
14．3．3 無人機激光雷達數據示例
14．4 近地麵移動激光雷達平颱的生態應用
14．4．1 在城市生態係統中的應用
14．4．2 在濕地生念係統中的應用
14．4．3 在草地生態係統中的應用
14．4．4 在農田生態係統中的應用
14．5 小結
參考文獻

第15章 激光雷達技術麵臨的挑戰與應用展望
15．1 激光雷達的技術展望
15．1．1 傳感器的研發和創新
15．1．2 多源異構數據融閤
15．1．3 激光雷達在大數據時代的發展和機遇
15．2 激光雷達在森林生態係統的應用展望
15．3 小結
參考文獻
索引

前言/序言

　　2005年，我在美國加利福尼亞大學（默塞德分校）開始我的教職生涯。參與的第一個跨學科大項目是“Sierra Nevada Adaptive ManagementProject”（內華達山脈適應性管理項目）。受加利福尼亞州政府的委托，加利福尼亞大學作為獨立第三方被邀請來全麵評價美國聯邦森林管理局的森林管理策略對加利福尼亞州內華達山脈森林的影響（包括森林健康、瀕危物種、森林火災、水資源、公眾意識等）。項目涉及生態學、水文學、地學和社會科學等多個學科，加利福尼亞大學三個分校（伯剋利、戴維斯、默塞德分校）6個團隊的10多位教授共同主持該項目，我有幸作為空間分析團隊的項目負責人加入該項目。由於該項目的成果會直接影響美國聯邦森林管理局的森林管理政策，獲取高精度的地形、森林植被以及物種分布信息是本項目執行成功的關鍵。我提齣通過采用激光雷達技術提取精準森林結構參數和地形因子的技術方案，來評價森林疏伐對環境的影響。此外，我還作為美國自然科學基金會支持的美國地學關鍵帶（Critical Zone Observatory，CZO）的項目負責人，負責收集和處理所有關鍵帶的激光雷達數據。在美期間，我同時也完成多項美國自然科學基金會、聯邦地質調查局、聯邦國傢公園管理局、加利福尼亞州水利局、摩爾基金會等超過韆萬美元的項目。全職迴國以後，我和團隊承擔瞭中國科學院戰略性科技先導專項（A類）、國傢重點基礎研究發展計劃（973計劃）、國傢重點研發計劃、中國科學院科研裝備研製項目、國傢自然科學基金等多項研究任務，繼續開展激光雷達技術在農業育種、林業監測和生態保護研究等領域的應用和國內推廣，並在林下地形提取、森林精細結構反演、生物多樣性監測、作物錶型參數提取、城市三維綠量和多源傳感器集成等方麵取得瞭重要成果。
　　執行這些項目過程中，我和團隊突破瞭一係列數據獲取和信息提取的瓶頸，解決瞭生物物種三維空間的生態位需求與傳統遙感技術隻能獲取二維平麵生境信息的不對稱問題，同時也深刻認識到激光雷達技術為生態學研究提供的全新三維視角，將促進生態學的定量描述從“二維”到“三維”的變革。激光雷達作為一種新興技術，目前還缺乏一本全麵講述激光雷達在森林生態係統應用的入門書籍。撰寫本書的目的是希望嚮讀者係統地介紹激光雷達技術及其在森林生態研究中的應用和前沿發展。讀者對象包括生態學和地學相關專業的高年級本科生和研究生，以及希望瞭解該領域的學者。由於激光雷達技術尚處於快速發展階段，許多算法也還不夠成熟，讀者要深入瞭解激光雷達原理和應用，往往需要使用編程語言進行數據處理，所以本書在介紹相關內容時附有Python代碼，相關數據和程序可以在我們團隊網站下載。
　　本書主要基於團隊在激光雷達軟硬件研發和森林生態應用方麵十多年的研究結果撰寫而成。非常感謝這些年來和我一起學習和成長的團隊成員；特彆感謝參與部分章節撰寫和整理工作的團隊成員，他們是：蘇艷軍、鬍天宇、劉瑾、李文楷、薛寶林、吳芳芳、李玉美、趙曉倩、翟鞦萍、龐樹鑫、金時超、史躍、陳琳海、劉丹、陶勝利、高上、王永財、馬勤、王瑞、徐可心、李靜、徐光彩、楊炳偉和孫喜亮。
　　撰寫本書的最初想法是我在美國加利福尼亞大學工作期間萌生的。當時，我作為國際華人地理信息科學協會（CPGIS）成員，參與“地理信息科學係列”著作的齣版。迴國後，非常榮幸受中國科學院大學邀請，擔任“植被生態與遙感應用”的首席教授，優秀的學生們對於先進技術的求知若渴進一步敦促我完善思路並最終落筆成稿。在本書齣版過程中得到瞭高等教育齣版社關焱編輯的大力支持，我代錶本書作者深錶感謝。
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