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森林垂直结构是陆地生态系统中不可或缺的的重要参数,因此提高森林垂直结构的遥感反演精度,对于提高叶面积指数估测精度、森林生物量估测精度和开展研究森林的演替、碳循环以及初级生产力具有重要意义。激光雷达这一主动遥感技术近几年来在国际上发展十分迅速,它与传统的被动光学遥感工作机制不同,对植被和地形的空间结构具有很强的检测能力,在森林参数的定量测量和反演上取得了成功的应用。特别是在对森林高度和垂直结构的检测能力,具有传统光学遥感测量无法企及的优点。机载激光雷达(ALS)能够获取大范围森林垂直结构的能力,然而对林冠下层垂直结构探测能力不够精准;地基激光雷达(TLS)可以获取精细的森林垂直结构,尤其是林冠下层垂直结构,地基激光雷达具有为机载激光雷达做训练数据的潜力,但是受数据获取范围的限制。本文围绕上述内容,利用地基激光雷达对保护区内的林分进行一下几个方面的研究工作:(1)地基激光雷达数据的配准和数字高程模型DEM的提取。在地基激光雷达进行样地扫描前布设反射靶标与反射球,同时用全站仪对反射靶标进行相对位置测量,然后利用后处理软件(TLS自带)对这些目标点进行校正与拼接,最后成功转换地基激光雷达点云坐标。利用TerraSolid软件对点云数据进行地面点与非地面点分类,对地面点进行最近邻插值法生成DEM。(2)基于地基激光雷达数据提取不同森林类型的单木胸径。利用Hough变换检测算法估测样地内每木胸径,然后根据树木的形态学特征,通过设置一系列阈值去除非树干处的拟合圆,提高单木的位置与胸径识别精度。与实测数据进行回归分析,结果显示:天然阔叶林单木胸径估测结果y=1.002x+0.568,R2=0.866;天然针阔混交林(以针叶树为优势树种)单木胸径估测结果y=1.054x-0.447,R2=0.964;天然针阔混交林(以阔叶树为优势树种)单木胸径估测结果y=1.027x-0.082,R2=0.970;人工针叶杉木林单木胸径估测结果y=0.935x+0.210,R2=0.919;毛竹单木胸径估测结果y=1.002x-0.048,R2=0.996。以上结果表明TLS估测胸径的精度大小依次为:毛竹纯林>天然针阔混交林>人工针叶林>天然阔叶林;TLS估测树高的精度大小依次为:天然针阔混交林>人工针叶林>天然阔叶林>毛竹纯林。(3)基于地基激光雷达数据提取不同森林类型的单木高度。通过地基激光雷达扫描数据获取的单木树干生长方向与该方向上的单木垂直结构提取单木高。天然阔叶林单木树高估测结果y=0.790x+2.534,R2=0.820;天然针阔混交林(以针叶树为优势树种)单木树高估测结果y=1.009x-0.153,R2=0.894;天然针阔混交林(以阔叶树为优势树种)单木树高估测结果y=0.995x-0.004,R2=0.964;人工针叶杉木林单木树高估测结果y=0.953x+0.548,R2=0.908;毛竹单木秆高估测结果y=1.020x-0.399,R2=0.500。以上结果表明TLS估测树高的精度大小依次为:天然针阔混交林>人工针叶林>天然阔叶林>毛竹纯林。(4)结合削度方程,评价TLS应用的可行性。使用样地解析木数据带入削度方程,得到削度方程预测值,研究中使用确定系数R2和均方根误差RMSE对检验解析木的实测值和削度方程的模型值进行比较,结果表明TLS点云数据提取1m-6m处的削度方程拟合性较强。