三維激光掃描在林業(yè)三維數(shù)字化中的應(yīng)用：未來林業(yè)發(fā)展將打造“數(shù)字孿生智慧林業(yè)”場(chǎng)景，進(jìn)一步提升空間治理能力。“實(shí)時(shí)+史料”，建立數(shù)字孿生本底模型。利用先進(jìn)三維激光雷達(dá)掃描設(shè)備，對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云成像，通過與森林資源本底歷史數(shù)據(jù)比對(duì)、核查及導(dǎo)入，完成數(shù)字孿生本底數(shù)據(jù)模型建立。實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源概況數(shù)字化、全景化、實(shí)景化展示。同時(shí)通過使用激光雷達(dá)等創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高效率，實(shí)現(xiàn)工業(yè) 新時(shí)代的智能森林——專注于造林、森林經(jīng)營、木材供應(yīng)和整體數(shù)字信息流。

一、背景

在一般概念當(dāng)中，涉及到大型復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)的掃描時(shí)，我們首先會(huì)考慮高精度的靜態(tài)式地面激光掃描儀(TLS)，比如法如的Focus大空間激光掃描儀。然而，這類掃描儀需要在一個(gè)位置進(jìn)行固定式掃描，在森林中，地面地形崎嶇不平，并時(shí)常覆蓋有苔蘚、蕨類等植被，不容易架設(shè)固定式掃描，且隨著項(xiàng)目的進(jìn)展和掃描更大區(qū)域的需求的增加，TSL 的優(yōu)勢(shì)在森林掃描中完全無法體現(xiàn)。

二、移動(dòng)三維掃描方案

另一種常規(guī)選擇是基于無人機(jī)的解決方案，這種方式可以在短時(shí)間內(nèi)捕獲大面積區(qū)域，但這種方法無法從高空穿透茂密植被，通達(dá)地面，因此在收集森林地面和樹干數(shù)據(jù)方面仍舊需要引進(jìn)一種新的解決方案——移動(dòng)式激光掃描儀。

三、FARO ORBIS設(shè)備介紹

Orbis 是 FARO 推出的一款一體化移動(dòng)激光掃描儀，對(duì)于希望更快地提供高精度交付成果、減少人為錯(cuò)誤并提高整體效率的行業(yè)專業(yè)人士來說，這是一場(chǎng)革命性的轉(zhuǎn)變。

精準(zhǔn)的 SLAM 算法

移動(dòng)精度高達(dá)5毫米

固定式 Flash掃描精度可達(dá)2毫米

掃描范圍可達(dá)120米

重量僅為3.6千克（包括記錄儀和電池）

360°照片和彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)

配有獨(dú)腳架用于固定式 Flash 掃描

1、Orbis移動(dòng)激光掃描

2、Orbis 固定flash掃描

在調(diào)查了市場(chǎng)后，選擇了移動(dòng)激光掃描儀解決方案，可以快速捕獲地面數(shù)據(jù)，達(dá)到足夠高的精度，以滿足他們的需求。并且將移動(dòng)激光掃描儀數(shù)據(jù)與無人機(jī)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)相結(jié)合，就可以獲得更完整、詳實(shí)的數(shù)據(jù)集。

四、三維掃描數(shù)據(jù)處理

使用了移動(dòng)激光掃描儀，在短時(shí)間內(nèi)捕獲了大面積密集點(diǎn)云，這些精確的點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含了森林地面、碎片、樹干和茂密的植被。點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入軟件中，應(yīng)用復(fù)雜的算法來分割數(shù)據(jù)。樹干的自動(dòng)分割允許更容易的樹木計(jì)數(shù)，提供精確的森林庫存量，并且分割到單棵樹可以了解樹的高度、胸徑、冠幅等多方面。樹木的數(shù)字分離將提取木材質(zhì)量、生物量和其他生態(tài)相關(guān)變量等特征成為可能。

五、移動(dòng)掃描在林業(yè)三維掃描中的優(yōu)勢(shì)

（1）主動(dòng)式測(cè)量

移動(dòng)激光掃描設(shè)備無需自然光。在黃昏、夜間、陰天等場(chǎng)景中，即使傳統(tǒng)測(cè)量方式束手無策，其獲取數(shù)據(jù)的精度完全不受影響。

（2）數(shù)據(jù)獲取效率高

相較于傳統(tǒng)測(cè)繪以及固定式激光掃描手段，數(shù)據(jù)采集更加快速、全面，無懼大體量工作的挑戰(zhàn)。

（3）數(shù)據(jù)成果應(yīng)用廣泛

通過移動(dòng)激光掃描設(shè)備，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的同時(shí)還可獲取全景圖，該數(shù)據(jù)可用于森林資源調(diào)查，進(jìn)行單木分割，提取樹位置、樹高、胸徑、冠幅等信息，還可用于建模等。

（4）非接觸式采集

移動(dòng)激光掃描設(shè)備無需接觸被采集物即可獲取高精數(shù)據(jù)，且設(shè)備掃描范圍較廣，在不傷害植被的情況下高效完成數(shù)據(jù)采集。

六、利用新興技術(shù)為林業(yè)帶來技術(shù)性革命性發(fā)展，移動(dòng)激光掃描儀已被確定為從地面繪制森林地圖的有效方法，提供準(zhǔn)確的點(diǎn)云，作為深度學(xué)習(xí)研究機(jī)會(huì)的基礎(chǔ)。

審核編輯 黃宇