手持激光雷达单木分割——以河南工程学院杰出校友杨靖宇将军雕塑背后树林为例

教学相长，最近带学生激光雷达实习，采集了河南工程学院校园机载、车载和手持激光雷达数据，针对手持激光雷达，也来玩玩单木分割。

一、手持激光雷达单木分割概念

单木分割（Individual Tree Segmentation）是从激光雷达（LiDAR）点云数据中识别并分离出单棵树木的过程，是林业资源调查、森林碳汇估算、生物多样性研究的关键技术。

二、关键技术步骤详解

1.点云预处理

去噪：移除飞点、鸟群等非地表物体点云。

地面点分类：

使用渐进三角网滤波（PTD）、布料模拟滤波（CSF）分离地面点与非地面点（植被）。

归一化：生成归一化点云（nDSM）

公式：点云高度 = 原始高程 - 对应地面高程

（可选）点云分类：区分植被、建筑、电线等地物。

2.在树底部构建密度图

将归一化点云投影到2D网格，计算每个网格单元的最高点高度。

分辨率选择：通常0.5~1米（取决于林分密度）。

平滑处理：高斯滤波、中值滤波消除数据噪声。

3.树根位置检测（Treetop Detection）

局部最大值法（Local Maximum Filter）：

在密度图上滑动窗口（窗口尺寸≈预期树冠直径），标记窗口内最低点为树木种子点。

优化：动态窗口尺寸（根据树高调整窗口大小）。

基于点云的方法：直接在3D点云中搜索局部最高点（适合稠密点云）。

4.单木生长

根据检测的树木种子点，设置合适的方式进行树木生长，实现单木分割

三.实验数据及结果

河南工程学院杰出校友杨靖宇将军雕塑后树林手持激光雷达点云，采集仪器数字绿土LiGrip-H120，采集日期：2025年5月29日，经过高程归一化后的非地面点。