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設備與工具威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員一直在測試使用配備了LiDAR的無人機來提高我們對森林和植被如何與大氣相互作用的理解。該項目被稱為CHEESEHEAD，這是一個很長的首字母縮寫，代表著由高密度廣泛的探測器陣列促成的Chequamegon異質生態(tài)系統(tǒng)能量平衡研究。盡管名字很長，但研究的最終目標很直接：通過提高我們對大氣層與植物的相互作用的理解，找到減少碳排放的方法。
該項目旨在通過幫助了解植被和森林管理如何影響大氣層來幫助改善天氣，這可能在幫助決策者制定政策以更有效地針對減少碳排放和氣候變化方面發(fā)揮作用。LiDAR無人機可以幫助這項工作的方式是通過收集一個地區(qū)主要樹種的高密度點云數據。LiDAR系統(tǒng)可以檢測并呈現(xiàn)整個樹木結構的三維可視化--從樹冠到地面--這種森林樹冠的可視化可以成為幫助提高我們對森林運作方式的理解的關鍵部分，包括它們如何幫助減少大氣中的碳。
Routescene的LiDAR無人機
到目前為止，研究人員只進行了一次任務，以測試這種研究森林影響大氣的方法。研究人員使用Routescene公司的LiDAR無人機，在位于威斯康星州北部的Chequamegon-Nicolet國家森林中進行了為期三天的調查飛行。這些調查是在11個大型通量塔周圍地區(qū)進行的，這些通量塔是作為研究項目的一部分而安裝的。這些通量塔被研究人員用來跟蹤二氧化碳的濃度以及森林和大氣之間的交換。這些數據可以幫助我們更好地了解森林如何參與減少大氣中的碳，以及樹木在這種減少中發(fā)揮的復雜作用。
CHEESEHEAD研究人員拍攝的通氣塔照片
使用LiDAR無人機，研究人員能夠捕捉到整個樹木的密集的3D點云數據，從地面到樹冠的所有位置。在這些樹木中，研究人員利用他們收集到的數據，明確識別了六種樹木。它們是阿斯彭、松樹、白楊、落葉松、雪松和硬木。
通量塔周圍主要樹種的樹木結構點云
雖然只有兩個人參與了控制飛行，但他們飛行覆蓋了一些令人印象深刻的地方。在短短三天內，他們能夠在2.6平方英里的區(qū)域內收集數據。LiDAR無人機只是研究人員在這個項目中用來測試關于植被如何影響天氣和氣候的問題的工具之一。
2019年，當LiDAR無人機飛行時，來自威斯康星大學麥迪遜分校的一個科學家和學生團隊使用了一系列方法來收集數據。這些方法包括通量塔，飛機，激光器，氣象氣球，配備激光雷達的無人機。據相關人員說，通量塔幫助研究人員進行跨時間和空間的碳測量，"這是前所未有的"。這些通量塔高達100英尺，使科學家能夠收集有關溫度、濕度以及甲烷和二氧化碳等溫室氣體存在的大氣數據。而無人機幫助研究人員，使他們能夠創(chuàng)建詳細的森林樹冠的三維模型，顯示樹木的類型、形狀和組成。所有這些信息對于估計和模擬森林影響大氣的方式至關重要，特別是在涉及碳減排時。總的來說，研究人員不僅希望提高我們對森林和其他地區(qū)的碳減排方式的理解，而且還希望改善一般的天氣。利用大型渦流模擬和縮放實驗，這些研究的一個成果可能是對如何制定天氣和氣候模型的更好理解--也就是預測天氣的更好方法。
關于Routescene的激光雷達無人機
Routescene的無人機激光雷達系統(tǒng)可以帶著激光雷達有效載荷隨時飛行。它可用于繪制因樹冠覆蓋或其他障礙物而難以到達的地點。它的一個突出特點是，該系統(tǒng)可以一次收集長達12小時的數據，當在野外試圖完成一個項目時，這可能是非常有用的。Routescene無人機LiDAR系統(tǒng)
Routescene的LiDAR無人機還配備了一個地面站，用于傳輸RTK校正和記錄數據以進行后期處理；一個有效載荷，讓你在不危及實際LiDAR系統(tǒng)的情況下熟練飛行；以及用于處理數據和創(chuàng)建高質量3D模型的軟件。
在這次森林測繪任務中使用它的研究人員報告說，他們對它的表現(xiàn)印象深刻。盡管存在挑戰(zhàn)，他們還是能夠用該系統(tǒng)收集到他們需要的所有數據，并為該地區(qū)存在的六種不同類型的樹木創(chuàng)建詳細的三維模型。
威斯康星大學麥迪遜分校研究員Christian Andresen說："20-30米高的樹冠造成了困難的飛行條件。. . Routescene系統(tǒng)工作得非常完美，我們實現(xiàn)了所有的計劃 ...... 我們對重疊的飛行線路的密度和森林結構的映射印象特別深刻。"
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