利用低成本无人机和起重机摄影测量进行落叶乔木三维重建以监测整个冠层的枝条伸长

树木生长是碳循环的关键环节，它决定了从大气中吸收并暂时储存在木质生物量中的二氧化碳量。然而，气候变化导致的气温升高、干旱频发、晚霜等极端事件正严重影响树木生长。目前，利用树木直径生长测量仪（dendrometers）连续监测径向（次生）生长的技术已经十分成熟，但监测枝条伸长（初生生长）的方法却严重缺乏，导致我们对于气候变化如何影响树木初生生长的理解存在明显空白。

为了填补这一空白，瑞士西北应用科学与艺术大学（FHNW）的研究团队提出了一种基于低成本无人机（UAV）和起重机摄影测量的创新方法，用于重建落叶乔木的三维结构，从而实现对整个树冠枝条伸长的精确测量与动态监测。研究采用了重量不足250克的消费级无人机（如DJI Mini系列）以及自主研发的多相机起重机系统（CraneCam），并在两个研究区域进行了整个生长季节的连续数据采集。

研究人员对不同的传感器、数据采集和处理策略进行了全面评估，重点分析了三维点云的精度、分辨率和完整性。结果表明，消费级无人机可以获得5-6毫米的点精度，三维重建的完整度达到92%至98%，具体取决于无人机型号。为了评估对细枝等精细结构的重建能力，团队创新性地引入了一种3D打印的地面实况枝干，这一工具为验证细部重建效果提供了可靠基准。

此外，论文还讨论了在实际操作中面临的各种挑战，并展示了基于摄影测量点云进行树木骨架化的初步实验。本研究为生态学和林学领域提供了一种低成本、高精度的树木生长监测方案，有助于更全面地理解气候变化对树木生长的复杂影响，为未来的森林管理和气候适应性研究奠定了基础。