利用Leica C05三维激光扫描仪和南方全站仪以多种特征的植物表面为观测目标,获取点云数据和距离参考值,研究不同植物表面的颜色、粗糙度和测站距离对点云的测距精度和激光回波强度的影响。实验结果表明:测站距离小于100 m时,扫描仪测距误差为1~5 mm,超过90 m时,测站距离每增加10 m,激光点云测距误差约增加1 mm;颜色、粗糙度和测站距离对三维激光扫描仪的激光回波强度和测距精度有影响;颜色对激光回波强度的影响较大,白色的激光回波强度最强,黑色最低,测距精度与激光回波强度有较强的相关性;植物表面粗糙度对激光回波强度的影响较低,没有明显的相关性;植物和非植物的颜色对激光回波强度的影响基本类似。

毛竹笋生长与毛竹产量及固碳能力有密切的关系,研究毛竹笋蓄积量与生物量之间的关系,探讨毛竹笋生物量变化规律,有利于了解毛竹笋的生长特性。利用地面LiDAR技术获取毛竹笋三维点云数据,进而构建毛竹笋三维模型,并计算其体积,尝试建立毛竹笋蓄积量转换为生物量的数学模型。试验结果表明:对于利用毛竹笋三维模型计算的体积与利用Simalian公式计算的体积,两者相关性高;通过样本检验发现,毛竹笋蓄积量与生物量的转换模型精度达到84.24%。以上研究表明,地面LiDAR可以为毛竹笋生物量的快速测算提供体积参数。

毛竹林资源具有高效固碳能力,对全球碳平衡的贡献和碳交易的经济效益使其受到社会广泛关注。由于毛竹林冠层结构复杂和郁闭度高,传统测量手段无法精确测算其蓄积量。基于此,利用三维激光扫描仪获得毛竹冠层的LiDAR点云数据,尝试通过点云密度来估算其蓄积量。研究结果表明:毛竹冠层蓄积量与其竹竿、竹枝的点云密度之间存在一定的数学模型;通过样本检验,毛竹冠层内部竹竿与枝条的模型精度分别可达95.53%和91.36%。

土地沙化或荒漠化会造成重大经济损失,基于机载激光雷达(LiDAR)技术获得的点云数据在监测沙丘变形和研究其规律方面有着重要意义。将获取的沙漠地区的两期机载LiDAR点云数据分别处理并生成数字高程模型(DEM)和坡度图,结合面向地理对象和基于像元的变化检测技术实现对沙丘的变化及移动情况的精准监测。从不同时期坡度图上提取的沙丘背风坡坡脚线可用于反映沙丘的水平位移,两期DEM的差值分析则反映了沙丘的垂直位移,结合了主要风向的插值线分析则可以量化沙丘的地形变化及移动规律。分析结果显示整个实验区出现了总体沉降,即沙物质搬移,沙丘变形规律与主要风向相关;沙丘迎风坡主要为沉降,沙丘背风坡由于易滑塌,所以顶部发生沉降,底部发生沙物质沉积。

激光回波强度为点云数据的一种属性信息, 是目标对发射激光光束后向散射回波的光功率, 可以反映目标物体的表面特性。毛竹表面特征由其生理生长特性决定, 通过分析激光回波强度信息, 构建不同年龄竹秆的节间与激光回波强度的关系模型, 比较不同年龄毛竹拟合激光回波强度与实测激光回波强度的均方根误差, 以此判别毛竹的年龄, 并验证分析模型精度。结果表明：不同年龄和不同节间毛竹竹秆激光回波强度差异性显著, 节间内激光回波强度的差异性不明显; 该方法判别年龄的准确率达到92.5%, 地面三维激光扫描技术可为快速测算毛竹生物量提供竹龄参数。

受扫描仪到扫描物体的激光测距值、激光入射角、大气衰减等因素的影响，相同目标的激光强度存在较大偏差。从激光雷达测距方程出发，分别对激光强度的距离效应和角度效应进行改正。激光强度与激光入射角的余弦大致呈线性关系，但激光强度的距离效应较为复杂，激光强度总体上不与距离的平方呈反比，因此提出了一种利用分段多项式模型来消除激光强度距离效应的方法。实验表明，提出的改正模型能对点云激光强度进行有效补偿，通过将激光强度分别进行角度改正和距离改正，能够有效消除由距离和入射角引起的强度偏差，使同类物体的激光强度趋于一致。

影响地面三维激光扫描点云精度的因素有很多, 它们共同存在且交互影响, 研究各因素及其交互作用对点云数量、点云反射强度和点云标准偏差的影响有利于有效地提高地面点云精度。选择目标物的颜色、粗糙度、距离作为研究对象, 利用多因素方差分析法、多元线性回归分析法, 分析了各因素及其交互作用影响的显著性, 并拟合了点云标准偏差和点云反射强度的回归方程。研究结果表明：目标物距离对点云数量的影响较大, 5 m距离的点云数量约是30 m距离的40倍, 距离与点云数量成反比; 目标物颜色对点云反射强度的影响较大, 白色最大点云强度可达0.54, 而黑色只有0.18, 点云反射强度从大到小为白色、绿色、蓝色、红色、黑色; 目标物距离对地面三维激光扫描点云标准偏差影响最大, 30 m距离的点云标准偏差是5 m距离的3倍左右, 颜色次之, 粗糙度的影响不明显, 点云标准偏差与点云反射强度具有幂函数关系。