近地面激光雷达遥感技术开启大数据时代自然保护新模式

近百年来地球气候正经历着以气候变暖为主要特征的显著变化。受其影响，冰川消融以及海平面升高导致滩涂湿地、红树林等重要生态系统受到威胁；大气CO2浓度上升所产生的“施肥效应”也将引发生态系统类型变迁从而改变全球森林植被分布格局；生态环境的失衡使生物多样性保护面临“第六次物种大灭绝”的严峻挑战。在全球生态环境日益恶化的背景下，确立以科学为基础的保护理念和标准化分析方法逐步为世人所关注，大自然保护协会（TNC, The Nature conservancy）更是为此不遗余力。

TNC成立于1951年，是全球最大的非营利性国际自然保护组织，致力于通过保护动物、植物和自然群落赖以生存的陆地和水域来实现对生物多样性的维护(图1). 如何以数据事实为基础了解并掌握自然生态系统，是制定有效保护方案的前提。但是广袤的森林，复杂的地形，多变的环境，使得实时获取大尺度三维空间数据始终是摆在自然保护工作者面前的一个难题。

图1 人类赖以生存和发展的基石——生物多样性

随着人类满怀信心地跨入21世纪信息时代，新型激光雷达（LiDAR）传感技术的问世革新了自然保护领域的工作模式，迎来了了解自然变化、获取生物多样性调查数据的新机遇和新发展。该传感器突破了光学遥感影像及航空像片难以描绘生境三维结构，尤其是垂直维度特征的局限性，可以获取用来解释和预测生物多样性的关键因子——生境垂直维度信息，点云数据提供扫描区域的精确位置和结构数据被视为提高生物多样性测量精度的一个有效补充。

在局地小尺度范围，生境数量、布局和质量(类型、结构等)等因素对物种的分布和丰富度影响尤为显著。在该尺度范围开展的生物多样性遥感调查对数据的精细程度要求也更高。无人机（UAV）作为一种小型自制飞行系统，具有机动灵活、高效低廉和高分辨率的特点，可作为卫星影像与航拍像片的一个折中选择，是一个很好的生物多样性生境资源调查研究的数据获取平台（图2）。

图2 获取的点云数据及其初级产品展示

然而，相当长时间困扰业界的一个问题是，如何高效、准确地解算和管理这些数据？北京数字绿土科技有限公司研发的专业点云分析软件 Li-Forest 为大数据时代下激光雷达数据反演的生境信息管理、分析和三维建模提供了友好、可靠的技术平台。该款软件高度集成，能够跨平台处理和分析点云数据。它提供的模块包括基于独特算法的单木分割和三维生境结构参数提取，如树高、冠幅、枝下高、胸径、胸高断面积、立木蓄积量和地上生物量等（图3）.所以，Li-Forest软件被誉为生境信息数字化管理的一个突破性贡献。

图3 Li-Forest 软件处理激光雷达点云结果展示

鉴于其卓越的性能表现，近日被大自然保护协会北美分部采购。用于提高自然保护的数字化管理水平，优化“自然保护系统工程”框架下的具体保护工具和方法，减少进行保护工作决策时的不确定性。我们相信：新科技的运用在极大地简化生境调查所需人力成本的同时，能够帮助自然保护工作者更加精准、及时地了解生境变化的第一时间信息。这为高效地收集、分类、分析和转化自然保护数据提供了全新的运作模式，将为推动全球范围内具有重要生态价值的陆地和水域的实地系统保护，维护自然环境、最终提升人类福祉发挥重大价值。我们愿用科技让世界变得更美好!