计算模型 生态系统

从分支到整个树木和森林:一种新的激光扫描基础模型可提高估计

新的激光技术可以更快,更准确地测量。

森林被称为“地球的肺”,覆盖周围 31%的全球土地面积。他们提供独特的栖息地,人民的生计和气候变化缓解可能性。众所周知,森林是碳汇,因为它们“浸泡了”二氧化碳和其他温室气体。但是如何量化碳被隔离并储存在森林中?基本上,它归结为树大小。 

博士生 男子胡 赫尔辛基大学和芬兰自然资源研究所的同事 组合地面激光扫描(TLS)和树结构模型可靠地估计苏格兰松树的分支生物量 (Pinus sylvestris) 在芬兰。研究人员开发了一种新的数学模型,从TLS图像成功提取单个分支生物量。 

想象一下你如何用手测量所有上述杉树的生物量。切割每个分支,测量长度和重量需要很长时间。虽然扫描技术可以节省时间和劳动力,但它们是计算方式复杂和不可靠,以便更精细的功能,例如单独的分支测量。最新的研究克服了许多这些问题。 

苏格兰松树, Pinus sylvestris.。来源: 帆布

胡锦涛和同事使用了两个数据集来测量芬兰苏格兰松树的生物量。首先,他们  扫描树木与激光雷达 并击倒了他们 Lapinjärvi研究森林。扫描产生了单个树的3D点云,并使用了以前的基于TLS的模型(例如Treeqsm)来计算树卷和结构。 TLS技术很昂贵,并且数据在森林中可以是树木重叠的噪声。 

接下来,研究人员破坏性地测量了砍伐的树木。这些测量,以及一些测量 以前的测量,用于创建提高TLS衍生数据的准确性的模型。作者使用了来自122个苏格兰松树的近14,000个分支,用于分析。

该模型开发 胡及其同事(2021年) 从TLS数据构造一个茎锥曲线,然后使用树结构模型来确定螺纹级别的单个分支的数量,基础区域和生物量。

研究人员发现,由于其方法,他们的新模型比以前的四个模型估计分支生物量更准确。例如,广泛使用的Treeqsm软件尝试将分支重建为圆柱,但该过程需要扫描图像中的高质量和许多数据点。新方法依赖于管道模型理论(PMT),其依赖于分支基底区和阀杆截面区域的比例变化。 

“在这项研究中,我们提出了一种新的方法,不仅估计分支生物量,而且还提供了使用TLS数据估计单个分支属性的机会,”胡同和同事写道。 

测量树木的年龄范围为22-113,这可能影响了模型的准确性。虽然模型与手动测量相比,该模型并不完美,但它是一个显着的改进。 

“苏格兰杉树的良好表现揭示了将该方法扩展到更多种类和更大区域的巨大潜力。”

虽然保护和恢复森林是放缓全球气候变化的最前沿,但量化森林的地上生物量是一项挑战。森林的年龄和组成都会影响其碳汇尺寸。最新的研究表明科学家如何改善最新技术,以提供从个体分支到整个树木的可靠估计,这些树木可以扩大到整个森林。

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