基於無人機與分水嶺算法的林分碳儲量監測技術應用案例

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基於無人機與分水嶺算法的林分碳儲量監測技術應用案例福建省三明市將樂國有林場在2017年成立全省首個杉木綜合試驗區，被評為「杉木、楓香國家林木良種基地」。2020年依託國家杉木、楓香林木良種基地基礎上建設成立杉木自然教育科普基地，打造以杉木科研和科普為主題的三明首個國有林場自然教育科普基地。將樂國有林場以現有11.3萬畝林地、林木資源為本，採用「基於無人機與分水嶺算法的林分碳儲量監測技術」進行碳匯監測，大大降低了監測成本，提高了監測頻率，最終通過碳匯交易獲得經濟收入，形成了森林生態產品價值實現的創新做法。2017年該技術在此開展應用，並取得良好效果。

目錄

二、主要解決的問題

低山丘陵綿延起伏不斷，地形切割、破碎，林地灌叢較為繁密，依靠傳統人工監測森林存在一定的困難。

三、技術要點

1、無人機航拍確定目標調查林分，選擇無霧、無風、無雨、溫度適中、光線充足的晴朗天氣進行拍攝任務。根據林分實地情況，利用DJI GS pro等航線規劃軟件合理規劃航線，無人機航向重疊率設置為80%，旁向重疊率為80%，雲台俯仰角度為90°，相對飛行高度為300 m。推薦使用大疆Phantom 4 及以上型號、悟 INSPIRE 2旋翼無人機進行數據的採集。

2、影像合成基於無人機採集的影像數據，利用無人機影像處理軟件（如PIX4D mapper）進行數據處理。按照導入照片、導入控制點文件、高精度處理、空三加密、數據生成、輸出精度報告的步驟操作，生成數字表面模型（DSM）、數字正射影像（DOM）和區域密集點雲數據，按照DSM與數字高程模型（DEM）相減得到冠層高度模型（CHM）。

3、分水嶺分割與參數獲取根據林分區域分別裁剪DOM和CHM得到對應圖像，將DOM和CHM輸入至自主研發的CSS-WSA軟件獲得分水嶺分割結果，結果包含單木株數、單木樹冠面積、單木冠幅、單木樹高、單木相對坐標和林分鬱閉度。

4、構建航空林分碳儲量方程首先，以不同林分（杉木林、馬尾松林、杉馬混交林、毛竹林、針闊混交林、經濟林和闊葉林）為對象，由分割結果和實地調查樣地數據聯合構建各林分的航空林分碳儲量經驗方程。然後，在CSS-WSA軟件中通過該方程確定目標林分的碳儲量。

5、監測評價在分割區域進行抽樣調查驗證結果的有效性，使用調查結果與軟件交互的方式進行輸出結果調整，最終得到該林分可靠的單木和林分參數，包括單木株數、單木樹冠面積、單木冠幅、單木樹高、單木相對坐標和林分鬱閉度等，為將樂縣國有林場的森林經營決策提供依據。

四、應用成效

通過培訓林場工作人員相關的技術和軟件，以較低的勞動力成本和較短的時間實現林分參數可視化，林場工作人員的外業與內業效率得到了一定程度的提升，更有效地掌握林場範圍內各森林資源的信息，根據實際情況及時調整經營與保護措施；有效獲取數據的方式使得林場工作人員分配變得更合理，林場整體產生的經濟效益逐步提升，提供了更多的就業機會；碳儲量的監測推動了碳匯交易，進一步精細量化碳儲量。

五、適用範圍

適宜在人工林占比大的南方集體林區推廣，目前已經在福建省三明市將樂國有林場得到推廣應用。