利用低成本無人機和起重機攝影測量進行落葉喬木三維重建以監測整個冠層的枝條伸長

樹木生長是碳循環的關鍵環節，它決定了從大氣中吸收並暫時儲存在木質生物量中的二氧化碳量。然而，氣候變化導致的氣温升高、乾旱頻發、晚霜等極端事件正嚴重影響樹木生長。目前，利用樹木直徑生長測量儀（dendrometers）連續監測徑向（次生）生長的技術已經十分成熟，但監測枝條伸長（初生生長）的方法卻嚴重缺乏，導致我們對於氣候變化如何影響樹木初生生長的理解存在明顯空白。

為了填補這一空白，瑞士西北應用科學與藝術大學（FHNW）的研究團隊提出了一種基於低成本無人機（UAV）和起重機攝影測量的創新方法，用於重建落葉喬木的三維結構，從而實現對整個樹冠枝條伸長的精確測量與動態監測。研究採用了重量不足250克的消費級無人機（如DJI Mini系列）以及自主研發的多相機起重機系統（CraneCam），並在兩個研究區域進行了整個生長季節的連續數據採集。

研究人員對不同的傳感器、數據採集和處理策略進行了全面評估，重點分析了三維點雲的精度、分辨率和完整性。結果表明，消費級無人機可以獲得5-6毫米的點精度，三維重建的完整度達到92%至98%，具體取決於無人機型號。為了評估對細枝等精細結構的重建能力，團隊創新性地引入了一種3D打印的地面實況枝幹，這一工具為驗證細部重建效果提供了可靠基準。

此外，論文還討論了在實際操作中面臨的各種挑戰，並展示了基於攝影測量點雲進行樹木骨架化的初步實驗。本研究為生態學和林學領域提供了一種低成本、高精度的樹木生長監測方案，有助於更全面地理解氣候變化對樹木生長的複雜影響，為未來的森林管理和氣候適應性研究奠定了基礎。