基于无人机与分水岭算法的林分碳储量监测技术应用案例

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基于无人机与分水岭算法的林分碳储量监测技术应用案例福建省三明市将乐国有林场在2017年成立全省首个杉木综合试验区，被评为“杉木、枫香国家林木良种基地”。2020年依托国家杉木、枫香林木良种基地基础上建设成立杉木自然教育科普基地，打造以杉木科研和科普为主题的三明首个国有林场自然教育科普基地。将乐国有林场以现有11.3万亩林地、林木资源为本，采用“基于无人机与分水岭算法的林分碳储量监测技术”进行碳汇监测，大大降低了监测成本，提高了监测频率，最终通过碳汇交易获得经济收入，形成了森林生态产品价值实现的创新做法。2017年该技术在此开展应用，并取得良好效果。

二、主要解决的问题

低山丘陵绵延起伏不断，地形切割、破碎，林地灌丛较为繁密，依靠传统人工监测森林存在一定的困难。

三、技术要点

1、无人机航拍确定目标调查林分，选择无雾、无风、无雨、温度适中、光线充足的晴朗天气进行拍摄任务。根据林分实地情况，利用DJI GS pro等航线规划软件合理规划航线，无人机航向重叠率设置为80%，旁向重叠率为80%，云台俯仰角度为90°，相对飞行高度为300 m。推荐使用大疆Phantom 4 及以上型号、悟 INSPIRE 2旋翼无人机进行数据的采集。

2、影像合成基于无人机采集的影像数据，利用无人机影像处理软件（如PIX4D mapper）进行数据处理。按照导入照片、导入控制点文件、高精度处理、空三加密、数据生成、输出精度报告的步骤操作，生成数字表面模型（DSM）、数字正射影像（DOM）和区域密集点云数据，按照DSM与数字高程模型（DEM）相减得到冠层高度模型（CHM）。

3、分水岭分割与参数获取根据林分区域分别裁剪DOM和CHM得到对应图像，将DOM和CHM输入至自主研发的CSS-WSA软件获得分水岭分割结果，结果包含单木株数、单木树冠面积、单木冠幅、单木树高、单木相对坐标和林分郁闭度。

4、构建航空林分碳储量方程首先，以不同林分（杉木林、马尾松林、杉马混交林、毛竹林、针阔混交林、经济林和阔叶林）为对象，由分割结果和实地调查样地数据联合构建各林分的航空林分碳储量经验方程。然后，在CSS-WSA软件中通过该方程确定目标林分的碳储量。

5、监测评价在分割区域进行抽样调查验证结果的有效性，使用调查结果与软件交互的方式进行输出结果调整，最终得到该林分可靠的单木和林分参数，包括单木株数、单木树冠面积、单木冠幅、单木树高、单木相对坐标和林分郁闭度等，为将乐县国有林场的森林经营决策提供依据。

四、应用成效

通过培训林场工作人员相关的技术和软件，以较低的劳动力成本和较短的时间实现林分参数可视化，林场工作人员的外业与内业效率得到了一定程度的提升，更有效地掌握林场范围内各森林资源的信息，根据实际情况及时调整经营与保护措施；有效获取数据的方式使得林场工作人员分配变得更合理，林场整体产生的经济效益逐步提升，提供了更多的就业机会；碳储量的监测推动了碳汇交易，进一步精细量化碳储量。

五、适用范围

适宜在人工林占比大的南方集体林区推广，目前已经在福建省三明市将乐国有林场得到推广应用。