樹木的精細枝干結構在調節(jié)光能截獲、資源輸導以及維持結構穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著關鍵作用，其精細化建模是理解樹木生理生態(tài)功能并支撐森林精細化管理的重要基礎。

近年來，地基激光雷達（Terrestrial Laser Scanning，TLS）技術的發(fā)展，為樹木精細三維結構信息的高精度、無損獲取提供了新的技術途徑。枝葉分離，即從TLS數(shù)據(jù)中準確區(qū)分枝干與葉片點云，是樹木三維建模及精細結構提取的關鍵前置環(huán)節(jié)，現(xiàn)有研究面臨分離精度不足、枝干點云破碎等問題，難以有效支撐樹木精細枝干結構的高精度建模及其相關理論與應用研究。

本CWLS算法的枝葉分離效果與精度示意圖

針對上述問題，國家植物園（南園）蘇艷軍研究團隊提出一種融合幾何特征與連通性分析的枝葉分離算法——CWLS（Connectivity-based Wood–Leaf Separation）。該算法綜合多視角幾何特征、局部連通性分析與全局路徑優(yōu)化策略，能夠實現(xiàn)枝干點云的高精度識別與結構連通性恢復，從而完整提取樹木枝干點云。研究團隊依托神農(nóng)架站、北京森林站等野外臺站，采集了我國6個典型森林樣地共55棵樹木的地基激光雷達數(shù)據(jù)，用于算法驗證。

結果表明，CWLS算法提取的枝干點云在準確性和完整性方面均表現(xiàn)優(yōu)異，即使在不同等級枝條上仍能保持94%以上的總體精度。與3種主流枝葉分離算法（LeWoS、TLSeparation、GBS）相比，CWLS在精度與完整性之間實現(xiàn)了更優(yōu)的平衡，尤其在高等級枝條識別中，F(xiàn)1得分提升了20%—40%。CWLS生成的枝干點云結構完整、連通性強、噪聲低，能夠更好地支撐樹木精細三維建模，并為探究枝干結構的生理生態(tài)功能提供了有前景的技術途徑。

研究成果于近日在線發(fā)表于國際學術期刊Methods in Ecology and Evolution。國家植物園（南園）碩士研究生閆佳博為論文第一作者，蘇艷軍研究員為通訊作者。國家植物園（南園）劉玲莉研究員、芬蘭赫爾辛基大學Eduardo Eiji Maeda教授等參與了研究工作。該研究得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃（青年科學家）等項目的資助。                    

數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)研究組

組長：蘇艷軍研究員

郵箱：ysu@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

以激光雷達為主的跨平臺、多源遙感技術為主要手段，通過結合生態(tài)學、計算機圖形學、攝影測量與遙感、深度學習等理論方法，重點開展：1）多尺度植被結構參數(shù)的定量反演；2）植被結構空間分布格局及其對人類活動和氣候變化響應機制的研究。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻