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45
广 西 壮 族 自 治 区 地 方 标 准
DB45/T 2967—2025
地基激光雷达典型森林类型地上碳储量调
查技术规范
Technical specification for aboveground carbon stock investigation
of typical forests using terrestrial laser scanning
2025 - 09 - 30 发布 2025 - 12 - 30 实施
广西壮族自治区市场监督管理局 发 布
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由广西壮族自治区林业局提出、归口并宣贯。
本文件起草单位：广西壮族自治区森林资源与生态环境监测中心、南宁师范大学。
本文件主要起草人：杨元征、苏宏新、蔡会德、蔡文华、罗蔚生、徐占勇、唐一飞、孟想、卢峰、杨健、胡宝清、俎佳星、蒙检、李成杰、覃志伟。
地基激光雷达典型森林类型地上碳储量调查技术规范
1 范围
本文件界定了地基激光雷达典型森林类型地上碳储量调查涉及的术语和定义，规定了基本要求和样地调查、点云数据处理、林木参数提取、样品检测、地上碳储量测算和技术资料归档等技术要求。
本文件适用于广西行政区域内公益林、天然林等典型森林类型的乔木层以及古树名木、珍稀濒危树木等地上碳储量的调查。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 1927.5 无疵小试样木材物理力学性质试验方法 第5部分：密度测定
GB/T 14911 测绘基本术语
GB/T 38590 森林资源连续清查技术规程
CH/Z 3017 地面三维激光扫描作业技术规程
LY/T 2259—2014 立木生物量建模样本采集技术规程
LY/T 2812—2017 森林木本植物功能性状测定方法
LY/T 2988—2018 森林生态系统碳储量计量指南
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
地基激光雷达 terrestrial laser scanner
利用发射的激光束获取被测物体表面三维坐标、反射光强度等多种信息的地面固定设备，由激光测距系统、激光扫描系统、电荷耦合器件数字摄影和仪器内部校正系统等组成。
[来源：CH/Z 3017—2015，3.1.1，有修改]
3. 2
点云 point cloud
以离散、不规则方式分布在三维空间中的点的集合。
[来源：CH/Z 3017—2015，3.1.2]
3. 3
标靶 target
用一定材质制作的具有规则几何形状的标志，该类标志在点云中能够很好地被识别和量测，从而可以用于点云数据质量检查及点云配准等工作。
[来源：CH/Z 3017—2015，3.1.3]
3. 4
基本密度 basic density
树干或树枝的绝干质量与其体积的比值。
3. 5
比叶面积 specific leaf area
叶的单面面积与其干重之比。
[来源：LY/T 2812—2017，4.4.6，有修改]
3. 6
含碳系数 carbon factor
树木干、枝、叶等器官生物量中的有机碳占有机质总量的比值。
[来源：LY/T 2259—2014，3.3，有修改]
3.7
地上碳储量 aboveground carbon stock
森林内乔木层地表以上干、皮、枝、叶等器官的碳储量。
[来源：LY/T 2988—2018，3.3，有修改]
4 基本要求
4,1 坐标系统
地理坐标系统为2000国家大地坐标系(CGCS2000);高程系统为1985国家高程基准。
4. 2 点云精度与技术指标
地基激光雷达扫描点云精度及技术指标按照CH/Z 3017的要求执行。
4. 3 测量精度
基于地基激光雷达点云提取树木胸径、株数、树高(或枝下高)，精度按照GB/T 38590的要求执行。
4,4 方案制定
对调查区域进行实地踏勘，收集资料，制定调查方案，开展人员技术、安全培训。
4.5 仪器准备
地基激光雷达设备及附件应齐全、匹配，具有明确顺序编号且易于多角度识别的标靶，实时动态定位设备(Real-Time Kinematic，RTK)，精度为厘米级。其他设备按照GB/T 38590执行。
5 样地调查
5. 1 样地设置
按照GB/T 38590的要求执行。
5. 2 样地量测
按照GB/T 38590的要求执行。记录表参见表B.1、表B.2。
5.3 采样与测定
5.3.1 每个样地按照不同径级选取 3～5 株标准木，按照GB/T 1927.5 的要求采集树干、枝等并测定其基本密度。
5.3.2 每株标准木按干、枝、叶等器官分别采样，每份样品不少于 500 g，所有样品做好标记带回实验室测定各个器官含碳系数。
5. 4 地基激光雷达扫描
5.4.1 标靶布设
样地采用多站点扫描。扫描前先架设标靶，标靶布设于样地四个角点，其它标靶相对均匀地分布于样地内，保证任意3个标靶不在同一条直线，同时注意避开遮挡。样地布设标靶数量不少于12个，若样地林分密度大，林木相互遮挡严重，可适当增加标靶数量。顺序编码的标靶依Z字形进行放置，标靶分布参见图A.1;记录标靶位置，参见表B.3。
5.4.2 站点架设与扫描
站点应遵循相邻站点扫描获取的点云数据涵盖3个以上同名标靶的要求进行架设。第1站应架设于样地中心位置，以第1站为中心，分别以10m、15 m和20 m距离为半径，顺时针分别架设4个站点，站点分布参见图A.1。若样地内林分密度大，林木相互遮挡严重，可在样地内适当增加站点扫描。扫描精度按照CH/Z 3017的要求执行。
6 点云数据处理
6. 1 数据预处理
6.1.1 点云解算
基于测量的目标点距离值、对应的激光发生器的水平扫描角和垂直扫描角，按公式(1)计算目标点的三维坐标。
6.1.2 点云配准
6.1.2.1 配准要求
多站点云数据经配准，统一为同一坐标系统。
6.1.2.2 粗配准
提取原点云与目标点云的邻域几何特征，通过几何特征快速确定二者之间点对的对应关系，计算此关系获得变换矩阵，实现点云粗配准。
6.1.2.3 精配准
以粗配准获取的变换矩阵为初始变换矩阵，通过迭代最近点算法(Iterative Closest Point，ICP)等计算得到较为精确的解，实现精配准。
6.1.2.4 坐标转换
利用RTK测得样地四个角点或其他标靶坐标，将精配准后的点云坐标系统转成CGCS2000地理坐标系。
6.1.3 合并与裁切
将配准后的点云数据合并，利用样地四个角点标靶或坐标对点云数据进行裁切处理。
6. 2 点云数据处理
6.2.1 点云去噪
采用基于统计的算法，去除因设备精度、被测物本身特性、环境因素等引发的噪声。
6.2.2 地面点分类
对点云数据进行地面点分类，获取地面、非地面点云数据。
6.2.3 点云归一化
利用空间插值方法，对地面点云数据进行插值获取DEM，利用DEM归一化非地面点云数据。
6.3 点云质量检查
通过人机交互检查点云数据处理结果，保证同名标靶点云拼接精度优于1 cm。
7 林木参数提取
7. 1 单木分割
采用单木分割算法对点云数据进行分割，提取单木点云数据，单木分割结果不满足需求时，需要进行人机交互手动修正。
7. 2 测树因子提取
依据单木分割点云确定样地内树木株数，获取胸径、树高(或枝下高)、树冠投影面积和叶面积指数。
7.3 测树因子验证
将实测数据与点云提取数据一一对应，对点云反演获取的胸径、树高(或枝下高)等测树因子进行验证。若数据质量不符合4.3要求，应重新检查数据处理流程或重新开展激光雷达点云数据采集。
8 样品检测
树干、树枝基本密度测定按照GB/T 1927.5的要求执行;树木器官含碳系数采用重铬酸钾-硫酸氧化法或元素分析仪测定;比叶面积通过叶面积仪或扫描仪测量鲜叶面积，烘干称重方法测算。
9 地上碳储量测算
9. 1 单木体积
9.1.1 树干体积
基于单木分割点云数据，采用区分求积法，将树干点云以等间距进行分段，拟合模块提取各分段截面面积，再采用圆台模型测算各分段体积从而累加得到枝下的树干体积Vs，树干体积Vs 按公式(2)计算。
hi
式中：
Vs ——树干总体积，单位为立方米(m3);
n ——树干分段总段数;
π ——圆周率，取值为3.141 5;
Ri ——第i段树干圆台下截面半径，单位为厘米(cm);
ri ——第i段树干圆台上截面半径，单位为厘米(cm);
hi ——分段间距，单位为米(m)。
9.1.2 树枝体积
基于单木分割点云数据，采用区分求积法，将各级枝条点云依分杈点等间距分段，拟合模块提取各分段截面面积，再采用圆台模型测算各分段体积从而累加得到树枝总体积VB，树枝总体积VB 按公式(3)计算。
hi
式中：
VB ——第i段树枝的体积，单位为立方米(m3);
n ——树枝分段总段数;
π ——圆周率，取值为3.141 5;
Ri ——第i段树枝圆台下截面半径，单位为厘米(cm);
ri ——第i段树枝圆台上截面半径，单位为厘米(cm);
hi ——分段间距，单位为米(m)。
9.2 单木地上生物量
9.2.1 树干生物量
按公式(4)计算。
Bs = psVs ············································································· (4)
式中：
Bs ——树干生物量，单位为千克(kg);
Ps ——树干基本密度，单位为千克每立方米(kg/m3 );
Vs ——树干体积，单位为立方米(m3)。
9.2.2 树枝生物量
按公式(5)计算。
BB = PBVB ············································································ (5)
式中：
BB ——树枝生物量，单位为千克(kg);
PB ——树枝基本密度，单位为千克每立方米(kg/m3 );
VB ——树枝体积，单位为立方米(m3)。
9.2.3 树叶生物量
按公式(6)计算。
BL = LAI ·········································································· (6)
式中：
BL ——树叶生物量，单位为千克(kg);
LAI ——叶面积指数，单位为平方米每平方米(m2/m2);
S ——树冠投影面积，单位为平方米(m2);
SLA ——比叶面积，单位为平方米每千克(m2/kg)。
9.3 单木地上碳储量
单木地上碳储量包括树干、树枝和树叶碳储量的总和。按公式(7)计算。
Ci = Cs + CB + CL ····································································· (7)
式中：
Ci ——样地内第i棵单木的地上碳储量，单位为千克碳(kgC);
Cs ——树干碳储量，单位为千克碳(kgC);
CB ——树枝碳储量，单位为千克碳(kgC);
CL ——树叶碳储量，单位为千克碳(kgC)。
9.3.1 树干碳储量
按公式(8)计算。
Cs = Bs Ks ············································································ (8)
式中：
CS ——树干碳储量，单位为千克碳(kgC);
Bs ——树干生物量，单位为千克(kg);
Ks ——树干的含碳系数。
9.3.2 树枝碳储量
按公式(9)计算。
CB = BB KB ··········································································· (9)
式中：
CB ——树枝碳储量，单位为千克碳(kgC);
BB ——树枝生物量，单位为千克(kg);
KB ——树枝的含碳系数。
9.3.3 树叶碳储量
按公式(10)计算。
cL = BL KC ·········································································· (10)
式中：
cL ——树叶碳储量，单位为千克碳(kgC);
BL ——树叶生物量，单位为千克(kg);
KC ——树叶的含碳系数。
9.4 样地地上碳储量
按公式(11)计算。
c = Σ = 1 ci ········································································· (11)
式中：
C ——样地地上碳储量，单位为千克碳(kgC);
n ——样地内单木数量，单位为株;
ci ——样地内第i株树地上碳储量，单位为千克(kg);
9.5 林分地上碳储量
按公式(12)计算。
cT ci /Si ································································
式中：
cT ——林分地上碳储量，单位为吨碳(tC);
S ——林分总面积，单位为公顷(hm2);
m ——调查样地数量，单位为个;
ci ——第i个样地地上碳储量，单位为千克碳(kgC);
Si ——第i个样地的面积，单位为公顷(hm2)。
10 技术资料归档
整理野外样地调查原始记录与工作照片、地基激光雷达点云等原始数据、计算过程数据、结果数据和技术报告，形成数据集和文档进行存档。
A
A
附 录 A
(资料性)
标靶与站点分布示意图
标靶与站点分布示意见图A.1。
图A.1 标靶与站点分布示意图
B
B
附 录 B
(资料性)
样地调查记录表
B.1 样地基本情况记录表见表 B.1。
表B.1 样地基本情况记录表
样地编号： 调查人员： 调查日期：
B.2 样地每木检尺记录表见表 B.2。
表B.2 样地每木检尺记录表
样地编号： 调查人员： 调查日期：
B.3 标靶位置记录表见表 B.3。
表B.3 标靶位置记录表
样地编号： 调查人员： 调查日期：
