基于SLAM的林业资源调查与单木信息提取解决方案

一、背景

林业调查是科学管理森林资源、维护生态平衡和实现可持续发展的基础性工作。通过系统采集森林面积、树种组成、蓄积量、健康状况等关键数据，可为资源合理利用、生态保护、灾害防控和政策制定提供精准依据。实际应用中，通常采用样地调查的方式开展相关工作。

传统林业资源调查依赖人工测量并进行复杂的参数计算，主要存在以下问题：

（1）传统测量流程复杂，需要人工逐株测量或估算。

（2）数据精度与一致性不足：人工测量精度难以稳定保证，复测时也难以精准定位同一植株，历史数据对比可靠性较低。

（3）存在安全隐患：单株测量往往需要攀爬、拉尺等操作，在密林或复杂地形中实施难度较大，高危区域还存在额外作业风险。

（4）数据维度单一：传统方法通常只能获取部分二维数据，如冠幅投影等，难以支持精细化三维建模与后续分析。

为解决上述痛点，手持 SLAM 激光扫描在林业资源调查中具备以下优势：

（1）设备采用 RTK + SLAM 技术路线，可在复杂环境中快速采集连续点云并获取高精度地理坐标。

（2）通过激光扫描可快速获取高精度三维点云，并同步输出高度、冠幅、体积等参数，减少人工干预。

（3）无需接触植株，适应复杂地形环境，单人即可完成大面积调查任务。

（4）数据成果丰富，可生成高密度点云，并衍生三维模型等多维成果。

本方案结合 SHARE PointClouds Studio 点云处理与 PointCloud Automata Forestry 软件，实现从数据采集到林业资源统计的一体化流程，适用于基础林业调查、古树监测保护和人工林动态监测等场景。

二、目标成果

1. 使用手持 SLAM 设备获取原始点云数据。

2. 通过 SHARE PointClouds Studio 进行原始数据解算。

3. 通过 PointCloud Automata Forestry 完成单木信息提取。

4. 依据项目技术要求输出林业资源调查文档。

三、方案操作流程介绍

1. 外业前期准备，需要根据需求划分扫描区域（如小班或经济属性分区）。

2. 将原始点云导入 SHARE PointClouds Studio 进行处理。

3. 将处理后的点云转换格式后导入 PointCloud Automata Forestry 软件，完成单木信息提取。

4. 结合 PointCloud Automata Forestry 输出成果与实地资料，形成完整的林业调查文档。

1. 前期准备

作业前应事先进入测区林地，实地勘探林地内部大致情况，了解测区内树木密集程度、区域分布情况及杂木生长情况等信息，并提前清除障碍物，避免盲目开始作业，从而增加外业难度和不必要的风险。

对于测区内存在不需要统计的密集灌木或其他密集杂木的情况，林业软件可能较难准确提取单棵树木及其参数，建议提前进行人工标记，以便内业处理时为工作人员提供参考。

当测区内地形较复杂时，例如地面存在类似阶梯状断层的情况，需要考虑分块扫描，避免无法准确识别地面，进而影响基于离地高程提取的胸径计算结果。

2. 外业扫描路径设计

由于林间树木遮挡严重，且在天气较好时，向上生长的树枝和树叶边缘容易出现过曝现象，扫描仪获取高质量有效数据的最佳半径通常约为 10-15 米。因此，扫描时需要更细致地规划路径。推荐采用井字形路径和 Z 字形路径两种方式，且相邻路线之间的距离应小于 10-15 米，以更好地覆盖所有林木数据。

井字形路径

Z字形路径

最佳半径示意图

边缘过曝示意图

3. 外业作业过程

扫描时应注意观察手机 App 画面。若存在黑色区域，则表示该区域处于扫描盲区，缺少有效数据。发现黑色区域后，可通过移动扫描仪或调整姿态进行补测。

扫描时应尽量覆盖树木的不同角度。若仅在树木一侧行走，容易缺失另一侧扫描数据，从而影响胸径等参数精度。

避免在扫描过程中一边清理面前障碍物一边前进，这样既可能产生噪点，也可能降低整体精度。建议提前规避或移除障碍物。

避免跨越高差较大的阶梯状地形进行扫描，建议选择相对平整的地面行进。

4. 外业扫描其他注意事项

若需要使用 RTK 功能，建议先在测区范围内进行小范围测试，确认测区内 RTK 信号是否满足要求，避免开始扫描作业后无法正常连接 RTK，或 RTK 长时间无法获得固定解，保证作业开始与结束时均能够得到固定解。

建议控制行走速度。由于树林环境相对复杂，速度不宜过快，可保持在 0.8m/s 至 1m/s 左右，即比正常散步略慢的速度。

为避免单次扫描时间过长造成累积误差增大，建议单次扫描时长控制在 30 分钟以内。

应尽量避免在大风天气外出作业。大风会导致树枝频繁晃动，影响点云质量及冠幅等参数计算结果。

5. 点云处理

通过 SHARE PointClouds Studio 进行原始数据解算。

在 PointCloud Automata Forestry 中进行预处理。可根据林区属性进行分块，也可对点云进行删除重复点及抽稀处理，以提高后续处理效率。

根据林区特点，可设置相应参数，如胸径、树种类别、高度等，完成单木信息提取。

6. 资料整理

（1）将软件输出的林业信息进行归纳整理。

（2）根据地区要求，对不同小班及经济属性的林业信息进行分类统计。

（3）输出林业资源统计资料。

四、结果展示

软件：ArcGIS Pro

功能：查看带有坐标的 shp 文件，并可对数据进行统计与管理。

五、应用场景

六、其他软件林业功能介绍

1. Lidar360

地面点识别 —— 归一化 —— 点云分割

2. FJD Trion Model

地面点识别 —— 单木分割 —— 属性计算