[发明专利]无人机LiDAR和随机森林提取银杏生物物理特性的方法

权利要求书

1.一种无人机LiDAR和随机森林提取银杏生物物理特性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)借助多旋翼无人机搭载的LiDAR传感器进行LiDAR数据采集；并同时在地面设置样地，记录样内地树木株树，同时测量每木的胸径和树高；并通过二元材积公式结合实测胸径和树高估算蓄积量；通过异速生长方程结合实测胸径和树高计算地上生物量；

2)去除无人机LiDAR原始点云数据的噪音点，基于IDW滤波算法去除非地面点，然后通过计算每个橡元内激光点高度的平均值，生成数字高程模型；通过该生成的数字高程模型对点云进行归一化处理，得到归一化后的无人机LiDAR点云数据；

3)分别提取三组冠层结构特征变量；这三组特征变量包括百分位高度特征变量、各层覆盖度特征变量以及冠层体积与剖面特征变量；

4)基于已有的地面实测的林分生物物理特性和无人机LiDAR点云特征构建随机森林模型；首先指定mtry值，即随机产生m个变量用于节点上的二叉树，mtry值为用于建模的点云特征数量；其次，应用bootstrap方法有放回地随机抽取k个样本集，组成k棵决策树，这k棵决策树组成随机森林模型，最终，基于该随机森林模型预测人工林生生物物理特性。

2.根据权利要求1所述的一种无人机LiDAR和随机森林提取银杏生物物理特性的方法，其特征在于：所述步骤2)数字高程模型的空间分辨率为0.5m。

3.根据权利要求1所述的一种无人机LiDAR和随机森林提取银杏生物物理特性的方法，其特征在于：所述步骤3)中的百分位高度特征变量包括：H25、H50、H75和H95处的冠层高度分布百分位数；冠层点云分布平均高度以上的覆盖度CCmean以及冠层点云分布的变异系数Hcv。

4.根据权利要求1所述的一种无人机LiDAR和随机森林提取银杏生物物理特性的方法，其特征在于：所述步骤3)中所述的各层覆盖度特征变量包括：点云数量在各百分数高度30th、50th、70th、90th以及D3、D5、D7、D9以上的点占所有点云的百分比。

5.根据权利要求1所述的一种通过无人机生成提取生物物理特性随机森林模型的方法，其特征在于：所述步骤3)中的冠层体积与剖面特征变量是指Weibull函数对冠层高度分布剖面进行拟合得到2个剖面特征量Weibullα和Weibullβ以及冠层各结构类别体积占比，该冠层各结构类别体积占比是指开放层、透光层、低光层和封闭层这四个冠层结构类别的体积所占百分比。

6.根据权利要求1所述的一种通过无人机生成提取生物物理特性随机森林模型的方法，其特征在于：本方法采用留一法交叉验证；设置决定系数R²、均方根误差RMSE，相对均方根误差rRMSE评价模型拟合的效果及估测精度：

式中x_i为某林分生物物理特性实测值；为某林分生物物理特性实测平均值；为某林分生物物理特性的模型估测值；n为样地的数量；i为某一个样地。