FOR-species20K|森林监测数据集|深度学习数据集

FOR-species20K数据集是由挪威生物经济研究所主导创建的，包含20,158棵树的点云数据，主要来自欧洲的森林，覆盖地中海、温带和北方生物地理区域。数据集包括陆地激光扫描（TLS）、移动激光扫描（MLS）和无人机激光扫描（ULS）等多种采集方式。数据集的创建过程涉及多个研究机构的合作，确保了数据的高质量和多样性。该数据集主要用于深度学习模型的开发和基准测试，旨在提高树种分类的准确性和效率，对于森林监测和管理具有重要意义。

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数据集介绍

构建方式

FOR-species20K数据集通过整合来自欧洲、北美和澳大利亚的25个不同数据集构建而成，涵盖了陆地激光扫描（TLS）、移动激光扫描（MLS）和无人机激光扫描（ULS）等多种平台的数据。数据集的构建基于高质量的单树点云分割，确保了数据的质量和一致性。最终数据集包含了超过20,000棵树的点云数据，涵盖33个树种，跨越地中海、温带和寒带等多种生物地理区域。

特点

FOR-species20K数据集具有显著的多样性和广泛的地理覆盖范围，涵盖了欧洲的主要森林生态区以及部分全球其他地区的树种。数据集中的树种分布不均，反映了欧洲森林生态系统的实际物种分布情况。此外，数据集还捕捉了树高和树冠结构的显著变化，为模型训练和评估提供了丰富的形态学特征。

使用方法

FOR-species20K数据集可用于深度学习模型的训练和评估，特别是用于单树物种分类任务。用户可以通过公开的代码库和数据集进行模型开发和基准测试，使用包括PointNet++、MinkNet、SimpleView等多种深度学习架构。数据集的开放性使得研究人员能够在无需额外数据收集的情况下进行创新，并促进模型性能的透明比较和改进。

背景与挑战

背景概述

近年来，激光扫描技术在森林生态系统研究中展现出巨大的潜力，尤其是在自动化森林数据采集和生态信息提取方面。然而，从激光扫描数据中自动提取生态相关的森林信息，如树种分类，仍然面临挑战，尤其是在不依赖额外地面数据的情况下。为了解决这一问题，Stefano Puliti等研究人员于2022年推出了FOR-species20K数据集，该数据集包含了通过近距激光扫描（TLS、MLS和ULS）采集的20,000多棵树的单树点云数据，涵盖了欧洲的温带、地中海和寒带生物地理区域，以及来自其他大陆的散点数据。该数据集的发布为深度学习模型在树种分类中的应用提供了重要的基准，推动了激光扫描技术在森林监测和管理中的应用。

当前挑战

FOR-species20K数据集的构建面临多重挑战。首先，激光扫描数据的多样性和复杂性使得模型在不同平台和传感器上的鲁棒性难以保证。其次，数据集中的树种分布不均衡，某些树种的样本数量较少，导致模型在处理稀有树种时表现不佳。此外，激光扫描数据的遮挡、分辨率和噪声等问题也对数据质量提出了挑战。最后，现有的深度学习模型在处理3D点云数据时，计算需求较高，且模型性能在不同平台和传感器间的迁移能力有限。这些问题限制了激光扫描技术在实际森林监测中的广泛应用。

常用场景

经典使用场景

FOR-species20K数据集的经典应用场景主要集中在利用近距激光扫描数据进行单木树种分类。该数据集通过整合来自不同平台（如地面激光扫描、移动激光扫描和无人机激光扫描）的点云数据，涵盖了欧洲多个生物地理区域的20,000多棵树，涉及33个树种。这些数据为深度学习模型提供了丰富的训练和测试资源，尤其是在树种分类任务中，能够有效提升模型的泛化能力和分类精度。

衍生相关工作

FOR-species20K数据集的发布催生了一系列相关的经典工作，尤其是在深度学习模型的开发和评估方面。例如，基于该数据集的基准测试，研究人员提出了多种先进的树种分类模型，如PointNet++、MinkNet和YOLOv5等。这些模型不仅在树种分类任务中表现出色，还为点云数据的处理和分析提供了新的思路。此外，该数据集还促进了跨平台和传感器无关模型的研究，推动了激光扫描技术在森林生态学中的广泛应用。

数据集最近研究

最新研究方向

近年来，FOR-species20K数据集在森林生态学领域引起了广泛关注，尤其是在利用近感激光扫描数据进行树种分类的研究中。该数据集通过整合来自欧洲及其他地区的多种激光扫描平台（如TLS、MLS和ULS）的数据，涵盖了超过20,000棵树的33个树种，为深度学习模型在树种分类中的应用提供了丰富的资源。研究表明，基于2D图像的多视图方法在树种分类任务中表现优于传统的3D点云方法，尤其是在处理数据不平衡和跨平台适应性方面。然而，点云方法在处理稀疏数据时也展现出潜力，未来可能通过进一步优化算法实现性能提升。FOR-species20K数据集的开放性和多样性为树种分类模型的开发和评估提供了重要基准，推动了激光扫描技术在森林监测和管理中的应用。

相关研究论文

• Benchmarking tree species classification from proximally-sensed laser scanning data: introducing the FOR-species20K dataset

  挪威生物经济研究所（NIBIO），森林和森林资源部门，国家森林清查 · 2024年