專利名稱：一種樹木三維綠量測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及森林資源監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種樹木三維綠量測(cè)量方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
三維綠量又稱綠化三維量(Living Vegetation Volume, LVV),是指所有生長(zhǎng)植物的莖葉所占據(jù)的空間體積。三維綠量通過對(duì)莖葉體積的計(jì)算，來揭示植物綠色三維體積(或者葉面積指數(shù))與植物生態(tài)功能水平的相關(guān)性，進(jìn)而來說明植物體本身、植物群落乃至城市森林的生態(tài)功能和環(huán)境效益。三維綠量作為綠化指標(biāo)突破了原有二維綠化指標(biāo)的局限性，可以更加準(zhǔn)確地反映城市森林空間構(gòu)成的合理性，即明確城市綠化在空間結(jié)構(gòu)方面的差異，且三維綠量指標(biāo)也可以體現(xiàn)出整個(gè)城市的生態(tài)效益水平，因而可用于更全面、準(zhǔn)確地描述城市森林的空間結(jié)構(gòu)和定量研究城市森林與環(huán)境的相關(guān)關(guān)系以及分析綠化的環(huán)境效益和城市綠化需求總量，以及不同城市功能區(qū)的綠化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面。因此，高效準(zhǔn)確地測(cè)量城市森林的三維綠量對(duì)城市森林生態(tài)環(huán)境效益評(píng)價(jià)、城市森林的構(gòu)建以及城市森林學(xué)科的發(fā)展具有重要意義。近幾年，我國(guó)的許多城市圍繞城市森林三維綠量研究做了大量的工作，而傳統(tǒng)的立木三維綠量的計(jì)算主要包括:
采用“三維激光掃描儀的喬木三維綠量測(cè)定方法”，即利用三維激光掃描系統(tǒng)所獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行求算，形成完整單株喬木樹冠點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后沿豎直方向由樹頂至樹冠底部按高度h分割成I個(gè)圓錐和η個(gè)圓臺(tái)，按照等距計(jì)算不規(guī)則面的面積，從而得到I個(gè)圓錐和η個(gè)圓臺(tái)的體積總和，再計(jì)算得到單株喬木的三維綠量。但是，三維激光掃描儀成本高，而且，樹木是非封閉可穿透的物體，激光會(huì)穿透樹木無法返回信號(hào)或返回錯(cuò)誤的信號(hào)。另外，為了保證精度，需要從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，人工提取樹冠表面的點(diǎn)來構(gòu)TIN，其中，I棵樹的點(diǎn)云數(shù)據(jù)幾萬到上百萬不等，在實(shí)際測(cè)量中，這一方法無疑是不現(xiàn)實(shí)。再者，樹木的生長(zhǎng)受到各種自然條件以及環(huán)境因素的影響，樹冠形狀差別巨大，采用將樹冠視為圓柱體或錐體等簡(jiǎn)單的幾何體來擬合不規(guī)則的樹冠體積，誤差嚴(yán)重。采用葉面積的總量，通過大量實(shí)地測(cè)定葉面積與胸徑、冠高或冠幅的相關(guān)關(guān)系，建立不同植株個(gè)體綠量的回歸模型；最后根據(jù)城市綠地植物的組成結(jié)構(gòu)、植株大小，應(yīng)用回歸模型計(jì)算城市綠地三維綠量。如陳自新等通過建立城市主要綠化樹種葉面積回歸方程對(duì)北京城市綠地三維綠量進(jìn)行的系列研究。該方法在測(cè)量過程中，主要是傳統(tǒng)的測(cè)樹方法，采用皮尺、目估、測(cè)高儀等方法測(cè)量樹高、冠幅等樹木基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，精度較低。采用“以平面量模擬立體量”的方法，通過在彩紅外航片上分樹種逐株測(cè)算綠量的方法，對(duì)不同樹種，通過回歸分析建立冠幅和冠高的相關(guān)方程，根據(jù)冠幅求出冠高，從而求得樹木的樹冠體積。采用“立體攝影測(cè)量”方法，即由相鄰兩航片的左右視差確定植被高度，在航片上測(cè)出該植被的面積，并判斷出植被的類型，根據(jù)一定的綠量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算三維綠量。但是，攝影測(cè)量，需要2部相機(jī)同時(shí)對(duì)樹木進(jìn)行拍照，相機(jī)的焦距有限，如果樹木較大，難以測(cè)量到樹木的全貌，而且成本較高?？偟膩碚f，現(xiàn)有的方法都存在工作量大、精度低等問題。因此，為了克服現(xiàn)有的方法在森林立木三維綠量測(cè)定過程中不可避免地帶來的很多麻煩，并提高工作效率，如何引入新的實(shí)用化的綠量測(cè)量技術(shù)和方法，以提高樹木測(cè)量的效率，是三維綠量測(cè)定的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種樹木三維綠量測(cè)量方法及系統(tǒng)，可利用無棱鏡全站儀高精度、高效率地采集目標(biāo)樹木的采樣點(diǎn)信息，并通過綠量計(jì)算器計(jì)算三維綠量，將采樣點(diǎn)分層處理，結(jié)合弧段多邊形，分別計(jì)算重疊區(qū)所形成的樹冠體積及非重疊區(qū)所形成的樹冠體積，并累加為樹冠總體積，精確度高。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種樹木三維綠量測(cè)量方法，包括:綠量計(jì)算器獲取無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息，所述采樣點(diǎn)信息包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)及層數(shù)，所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)包括X軸 坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)；提取層數(shù)相同的采樣點(diǎn)組合圖層，根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形；計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積；計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積；計(jì)算樹冠總體積，所述樹冠總體積為重疊區(qū)所形成的樹冠體積與非重疊區(qū)所形成的樹冠體積之和。作為上述方案的改進(jìn)，所述根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形的步驟包括:根據(jù)所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)中的X軸坐標(biāo)及Y軸坐標(biāo)，將采樣點(diǎn)繪于同一圖層內(nèi)，連結(jié)采樣點(diǎn)，組合成線段多邊形；獲取預(yù)設(shè)的樣品參數(shù)N，計(jì)算所述相鄰的采樣點(diǎn)間的弦長(zhǎng)L及所述相鄰的采樣點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的弧段的弦高D，所述弦高D=NXL;計(jì)算由相鄰的三個(gè)采樣點(diǎn)依次相連而成的內(nèi)角的角度，所述三個(gè)采樣點(diǎn)依次為起點(diǎn)、中點(diǎn)、終點(diǎn)；判斷所述內(nèi)角的角度是否大于180°，判斷為是時(shí)，則所述中點(diǎn)與終點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的弧段為凹弧，判斷為否時(shí)，則所述中點(diǎn)與終點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的弧段為凸?。桓鶕?jù)所述弦高D、弦長(zhǎng)L及弧段的凹凸性生成所述相鄰的采樣點(diǎn)間的弧段，連結(jié)采樣點(diǎn)，組合成弧段多邊形。作為上述方案的改進(jìn)，所述計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積的步驟包括:計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)的面積S ;計(jì)算相鄰圖層間的距離H ;計(jì)算重疊區(qū)所形成的樹冠體積V。，所述Ve=SXHo作為上述方案的改進(jìn)，所述計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積的步驟包括:計(jì)算上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的交點(diǎn)；根據(jù)所述交點(diǎn)，將上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)劃分為子區(qū)間，所述子區(qū)間由外弧段及內(nèi)弧段組成；在所述外弧段及內(nèi)弧段所對(duì)應(yīng)圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置內(nèi)插點(diǎn)，其中，所述外弧段所對(duì)應(yīng)圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置的內(nèi)插點(diǎn)為外弧內(nèi)插點(diǎn)，所述內(nèi)弧段所對(duì)應(yīng)的圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置的內(nèi)插點(diǎn)為
內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)，所述外弧內(nèi)插點(diǎn)與所述內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)--對(duì)應(yīng)；連結(jié)所述外弧內(nèi)插點(diǎn)與內(nèi)弧內(nèi)
插點(diǎn)，生成樹冠外表面；計(jì)算由所述樹冠外表面與重疊區(qū)所形成的樹冠的外表面組合而成的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積。
作為上述方案的改進(jìn)，所述根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形的步驟之前還包括:判斷所述采樣點(diǎn)是否異常，判斷為是時(shí)，對(duì)所述采樣點(diǎn)進(jìn)行異常處理；所述異常處理包括刪除異常的采樣點(diǎn)、生成提示信號(hào)以提醒用戶重新采集采樣點(diǎn)。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種樹木三維綠量測(cè)量系統(tǒng)，包括:無棱鏡全站儀，用于實(shí)時(shí)采集目標(biāo)樹木的采樣點(diǎn)信息，所述采樣點(diǎn)信息包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)及層數(shù)，所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)包括X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)；綠量計(jì)算器，用于根據(jù)所述無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息計(jì)算樹木三維綠量。作為上述方案的改進(jìn)，所述綠量計(jì)算器包括:獲取單元，用于獲取無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息，所述采樣點(diǎn)信息包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)及層數(shù)，所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)包括X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)；與所述獲取單元相連的多邊形構(gòu)建單元，用于提取層數(shù)相同的采樣點(diǎn)組合圖層，根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形；與所述多邊形構(gòu)建單元相連的第一計(jì)算單元，用于計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積；與所述多邊形構(gòu)建單元相連的第二計(jì)算單元，用于計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積；與所述第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元分別相連的第三計(jì)算單元，用于根據(jù)所述第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元的計(jì)算結(jié)果計(jì)算樹冠總體積。作為上述方案的改進(jìn)，所述第一計(jì)算單元包括:面積計(jì)算子單元，用于計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)的面積S ;間距計(jì)算子單元，用于計(jì)算相鄰圖層間的距離H ;重疊區(qū)體積計(jì)算子單元，計(jì)算重疊區(qū)所形成的樹冠體積 V。，所述 Ve=S X H。作為上述方案的改進(jìn)，所述第二計(jì)算單元包括:交點(diǎn)計(jì)算子單元，用于計(jì)算上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的交點(diǎn)；區(qū)間劃分子單元，用于根據(jù)所述交點(diǎn)，將上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)劃分為子區(qū)間，所述子區(qū)間由外弧段及內(nèi)弧段組成；內(nèi)插點(diǎn)設(shè)置子單元，用于在所述外弧段及內(nèi)弧段所對(duì)應(yīng)圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置內(nèi)插點(diǎn)，其中，所述外弧段所對(duì)應(yīng)圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置的內(nèi)插點(diǎn)為外弧內(nèi)插點(diǎn)，所述內(nèi)弧段所對(duì)應(yīng)的圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置的內(nèi)插點(diǎn)為內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)，所述外弧內(nèi)插點(diǎn)與所述內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn) 對(duì)應(yīng)；樹冠外表面生成子單兀，用于連結(jié)所述外弧內(nèi)插點(diǎn)與內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)，生成樹冠外表面；非重疊區(qū)體積計(jì)算子單元，用于計(jì)算由所述樹冠外表面與重疊區(qū)所形成的樹冠的外表面組合而成的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積。實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果:
可在地形復(fù)雜的條件下，利用無棱鏡全站儀高精度、高效率地采集目標(biāo)樹木的采樣點(diǎn)信息，同時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況選擇采樣點(diǎn)，無需處理上百萬的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。其中，無棱鏡全站儀具有測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、測(cè)量距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于人員無法到達(dá)的地區(qū)，受地形影響小，實(shí)現(xiàn)了“所瞄即所測(cè)”，效率高，適用范圍廣，安全性好，操作簡(jiǎn)單。另外，綠量計(jì)算器的自動(dòng)計(jì)算，免去了手工計(jì)算出圖，減少了工作量，提高了工作效率。計(jì)算三維綠量時(shí)，綠量計(jì)算器獲取無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息，根據(jù)層數(shù)，將采樣點(diǎn)劃分為獨(dú)立的層，并構(gòu)建弧段多邊形。以兩相鄰的上、下圖層為單位，分別計(jì)算上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積、上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積，將各圖層間的樹冠體積累加起來，即為樹冠總體積，這比用樹冠模擬成圓臺(tái)體或圓錐體等規(guī)則的幾何體來計(jì)算不規(guī)則樹冠的體積，所得體積精度更高。


圖1是本發(fā)明用一種樹木三維綠量測(cè)量方法的第一實(shí)施例流程圖示意 圖2是圖1中根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形的流程圖示意 圖3是圖1中計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積的流程圖示意 圖4是圖1中計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積的流程圖示意 圖5是本發(fā)明用一種樹木三維綠量測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖6是本發(fā)明用一種樹木三維綠量測(cè)量系統(tǒng)中綠量計(jì)算器的結(jié)構(gòu)示意 圖7是圖6中第一計(jì)算單元的結(jié)構(gòu)示意 圖8是圖6中第二計(jì)算單元的結(jié)構(gòu)示意 圖9是線段多邊形；
圖10是圖9中線段多邊形所對(duì)應(yīng)的弧段多邊形；
圖11是兩相鄰圖層中兩弧段多邊形的相交不意 圖12是三相鄰圖層中三弧段多邊形的相交示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明用一種樹木三維綠量測(cè)量方法的第一實(shí)施例流程圖示意圖，包括: S100，綠量計(jì)算器獲取無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息。所述采樣點(diǎn)信息包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)及層數(shù),所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)包括X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)。需要說明的是，在林區(qū)復(fù)雜的地形條件中，測(cè)區(qū)內(nèi)有陡坡或溝壑無法測(cè)量水平距離的情況下，首先觀察樹冠的伸展情況和通視程度，初步選取樹冠在各個(gè)方向的最大伸展處作為要測(cè)量的采樣點(diǎn)，再根據(jù)樹冠的外形和凹凸點(diǎn)分布情況選確定最終的采樣點(diǎn)。另外，由于地形、通視情況等因素影響，往往需要布設(shè)多個(gè)控制點(diǎn)，并在近地面風(fēng)速小于0.5m/s時(shí)，實(shí)現(xiàn)激光對(duì)準(zhǔn)所測(cè)樹種的情況下，從不同角度對(duì)樹冠進(jìn)行測(cè)量。部分葉片厚重的樹木，可以在風(fēng)速小于lm/s時(shí)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員將目標(biāo)樹木進(jìn)行分層處理，一般根據(jù)樹木的形狀和高度分層，大致可分4-10層，同一層中所選取的采樣點(diǎn)高程的最大值和最小值之差不能超過20cm。每層根據(jù)冠幅的大小，測(cè)7-15個(gè)采樣點(diǎn)左右,并順時(shí)針或逆時(shí)針記錄每一層點(diǎn)的坐標(biāo)。S101，提取層數(shù)相同的采樣點(diǎn)組合圖層。根據(jù)無棱鏡全站儀所采集的采樣點(diǎn)信息，所述采樣點(diǎn)信息包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)及層數(shù)，因此，可根據(jù)層數(shù)，將采樣點(diǎn)劃分為多個(gè)圖層，其中，每個(gè)圖層中至少存在7個(gè)采樣點(diǎn)。更佳地，綠量計(jì)算器對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行圖層劃分后，還需對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行異常檢測(cè)以判斷所述采樣點(diǎn)是否異常，判斷為是時(shí)，對(duì)所述采樣點(diǎn)進(jìn)行異常處理。所述異常處理包括刪除異常的采樣點(diǎn)、生成提示信號(hào)以提醒用戶重新采集采樣點(diǎn)。需要說明的是，當(dāng)判斷出同一層的采樣點(diǎn)數(shù)小于7個(gè)、同一層中所選取的采樣點(diǎn)高程的最大值和最小值之差超過20cm，生成提示信號(hào)以提醒用戶重新采集采樣點(diǎn)；當(dāng)判斷出采樣點(diǎn)為飛點(diǎn)(激光沒打到葉子上)時(shí)，刪除所述采樣點(diǎn)，或生成提示信號(hào)以提醒用戶重新采集采樣點(diǎn)。另外，一般如果樹冠形狀呈明顯的錐形，則將最高點(diǎn)獨(dú)立設(shè)為一層，此時(shí)，最高層僅有唯一的一個(gè)采樣點(diǎn)。S102，根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形。綠量計(jì)算器對(duì)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)進(jìn)行處理，根據(jù)采樣點(diǎn)坐標(biāo)中的X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)生成具有凹弧、凸弧的弧段多邊形，更接近樹冠投影的形狀，大大提高了測(cè)量的精度。S103，計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積。S104，計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積。需要說明的是，進(jìn)行三維綠量計(jì)算時(shí)，以相鄰的上、下兩個(gè)圖層為單位，計(jì)算兩圖層間的所形成的樹冠體積。其中，將上圖層的弧段多邊形投影至下圖層時(shí)，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形會(huì)形成重疊區(qū)及非重疊區(qū)。因此，上圖層的弧段多邊形與下圖層的弧段多邊形所形成的樹冠體積包括重疊區(qū)所形成的樹冠體積及非 重疊區(qū)所形成的樹冠體積。S105，計(jì)算樹冠總體積，所述樹冠總體積為重疊區(qū)所形成的樹冠體積與非重疊區(qū)所形成的樹冠體積之和。計(jì)算樹冠總體積時(shí)，需將各圖層間重疊區(qū)所形成的樹冠體積及非重疊區(qū)所形成的樹冠體積進(jìn)行累加。圖2是圖1中根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形的流程圖示意圖，包括: S200,根據(jù)所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)中的X軸坐標(biāo)及Y軸坐標(biāo)，將采樣點(diǎn)繪于同一圖層內(nèi)，連結(jié)
采樣點(diǎn)，組合成線段多邊形。確定采樣點(diǎn)后，利用無棱鏡全站儀順時(shí)針或逆時(shí)針測(cè)量每一層采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)。綠量計(jì)算器根據(jù)圖層中的采樣點(diǎn)，依次提取采樣點(diǎn)坐標(biāo)中的X軸坐標(biāo)及Y軸坐標(biāo)，根據(jù)X軸坐標(biāo)及Y軸坐標(biāo)將所述采樣點(diǎn)繪于同一圖層內(nèi)，并依據(jù)測(cè)量順序通過線段形式將相鄰的采樣點(diǎn)兩兩相連，形成線段多邊形。例如，測(cè)量人員根據(jù)樹冠總體生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，將目標(biāo)樹木劃分為獨(dú)立的圖層，其中，圖層 A 內(nèi)共有 7 個(gè)采樣點(diǎn)，分別為 g030111、g030112、g030113、g030114、g030115、g030116、g030117，利用無棱鏡全站儀順時(shí)針測(cè)量采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)，采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)如表I(單位cm)所示。表I
名稱 X軸坐標(biāo) Y軸坐標(biāo) Z軸坐標(biāo) g030111 49083.932 19649.779 10.59 g030112 |49081.282 119648.144 | 0.53權(quán)利要求
1.一種樹木三維綠量測(cè)量方法，其特征在于，包括: 綠量計(jì)算器獲取無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息，所述采樣點(diǎn)信息包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)及層數(shù)，所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)包括X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)； 提取層數(shù)相同的采樣點(diǎn)組合圖層，根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形； 計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積； 計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積； 計(jì)算樹冠總體積，所述樹冠總體積為重疊區(qū)所形成的樹冠體積與非重疊區(qū)所形成的樹冠體積之和。
2.如權(quán)利要求1所述的樹木三維綠量測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形的步驟包括: 根據(jù)所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)中的X軸坐標(biāo)及Y軸坐標(biāo)，將采樣點(diǎn)繪于同一圖層內(nèi)，連結(jié)采樣點(diǎn)，組合成線段多邊形； 獲取預(yù)設(shè)的樣品參數(shù)N，計(jì)算所述相鄰的采樣點(diǎn)間的弦長(zhǎng)L及所述相鄰的采樣點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的弧段的弦聞D,所述弦聞D=NX L ； 計(jì)算由相鄰的三個(gè)采樣點(diǎn)依次相連而成的內(nèi)角的角度，所述三個(gè)采樣點(diǎn)依次為起點(diǎn)、中點(diǎn)、終點(diǎn)； 判斷所述內(nèi)角的角度是否大于180°，判斷為是時(shí)，則所述中點(diǎn)與終點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的弧段為凹弧，判斷為否時(shí)，則所述中點(diǎn)與終點(diǎn)間對(duì)應(yīng)的弧段為凸?。? 根據(jù)所述弦高D、弦長(zhǎng)L及弧段的凹凸性生成所述相鄰的采樣點(diǎn)間的弧段，連結(jié)采樣點(diǎn)，組合成弧段多邊形。
3.如權(quán)利要求1所述的樹木三維綠量測(cè)量方法，其特征在于，所述計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積的步驟包括: 計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)的面積S ； 計(jì)算相鄰圖層間的距離H; 計(jì)算重疊區(qū)所形成的樹冠體積V。，所述V^SXH。
4.如權(quán)利要求3所述的樹木三維綠量測(cè)量方法，其特征在于，所述計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積的步驟包括: 計(jì)算上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的交點(diǎn)； 根據(jù)所述交點(diǎn)，將上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)劃分為子區(qū)間，所述子區(qū)間由外弧段及內(nèi)弧段組成； 在所述外弧段及內(nèi)弧段所對(duì)應(yīng)圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置內(nèi)插點(diǎn)，其中，所述外弧段所對(duì)應(yīng)圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置的內(nèi)插點(diǎn)為外弧內(nèi)插點(diǎn)，所述內(nèi)弧段所對(duì)應(yīng)的圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置的內(nèi)插點(diǎn)為內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)，所述外弧內(nèi)插點(diǎn)與所述內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)--對(duì)應(yīng)； 連結(jié)所述外弧內(nèi)插點(diǎn)與內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)，生成樹冠外表面；計(jì)算由所述樹冠外表面與重疊區(qū)所形成的樹冠的外表面組合而成的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積。
5.如權(quán)利要求Γ4任一項(xiàng)所述的樹木三維綠量測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形的步驟之前還包括: 判斷所述采樣點(diǎn)是否異常，判斷為是時(shí)，對(duì)所述采樣點(diǎn)進(jìn)行異常處理； 所述異常處理包括刪除異常的采樣點(diǎn)、生成提示信號(hào)以提醒用戶重新采集采樣點(diǎn)。
6.一種樹木三維綠量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 無棱鏡全站儀，用于實(shí)時(shí)采集目標(biāo)樹木的采樣點(diǎn)信息，所述采樣點(diǎn)信息包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)及層數(shù)，所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)包括X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)； 綠量計(jì)算器，用于根據(jù)所述無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息計(jì)算樹木三維綠量。
7.如權(quán)利要求6 所述的樹木三維綠量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述綠量計(jì)算器包括: 獲取單元，用于獲取無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息，所述采樣點(diǎn)信息包括采樣點(diǎn)坐標(biāo)及層數(shù)，所述采樣點(diǎn)坐標(biāo)包括X軸坐標(biāo)、Y軸坐標(biāo)、Z軸坐標(biāo)； 與所述獲取單元相連的多邊形構(gòu)建單元，用于提取層數(shù)相同的采樣點(diǎn)組合圖層，根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形； 與所述多邊形構(gòu)建單元相連的第一計(jì)算單元，用于計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積； 與所述多邊形構(gòu)建單元相連的第二計(jì)算單元，用于計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積； 與所述第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元分別相連的第三計(jì)算單元，用于根據(jù)所述第一計(jì)算單元及第二計(jì)算單元的計(jì)算結(jié)果計(jì)算樹冠總體積。
8.如權(quán)利要求7所述的樹木三維綠量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一計(jì)算單元包括: 面積計(jì)算子單元，用于計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)的面積S ; 間距計(jì)算子單元，用于計(jì)算相鄰圖層間的距離H ； 重疊區(qū)體積計(jì)算子單元，計(jì)算重疊區(qū)所形成的樹冠體積\，所述V^S X H。
9.如權(quán)利要求7所述的樹木三維綠量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第二計(jì)算單元包括: 交點(diǎn)計(jì)算子單元，用于計(jì)算上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的交占.區(qū)間劃分子單元，用于根據(jù)所述交點(diǎn)，將上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)劃分為子區(qū)間，所述子區(qū)間由外弧段及內(nèi)弧段組成； 內(nèi)插點(diǎn)設(shè)置子單元，用于在所述外弧段及內(nèi)弧段所對(duì)應(yīng)圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置內(nèi)插點(diǎn)，其中，所述外弧段所對(duì)應(yīng)圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置的內(nèi)插點(diǎn)為外弧內(nèi)插點(diǎn)，所述內(nèi)弧段所對(duì)應(yīng)的圖層的相應(yīng)弧段上設(shè)置的內(nèi)插點(diǎn)為內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)，所述外弧內(nèi)插點(diǎn)與所述內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)--對(duì)應(yīng)； 樹冠外表面生成子單元，用于連結(jié)所述外弧內(nèi)插點(diǎn)與內(nèi)弧內(nèi)插點(diǎn)，生成樹冠外表面；非重疊區(qū)體積計(jì)算子單元，用于計(jì)算由所述樹冠外表面與重疊區(qū)所形成的樹冠的外表面組合而成的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種樹木三維綠量測(cè)量方法，包括綠量計(jì)算器獲取無棱鏡全站儀實(shí)時(shí)采集的采樣點(diǎn)信息；提取層數(shù)相同的采樣點(diǎn)組合圖層，根據(jù)圖層內(nèi)的采樣點(diǎn)坐標(biāo)生成弧段多邊形；計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的重疊區(qū)所形成的樹冠體積；計(jì)算相鄰圖層中，上圖層的弧段多邊形的投影與下圖層的弧段多邊形的非重疊區(qū)所形成的樹冠體積；計(jì)算樹冠總體積，所述樹冠總體積為重疊區(qū)所形成的樹冠體積與非重疊區(qū)所形成的樹冠體積之和。本發(fā)明還公開了一種樹木三維綠量測(cè)量系統(tǒng)。采用本發(fā)明，可將無棱鏡全站儀所采集的采樣點(diǎn)分層處理，結(jié)合弧段多邊形，分別計(jì)算重疊區(qū)所形成的樹冠體積及非重疊區(qū)所形成的樹冠體積，精確度高。
文檔編號(hào)G01B21/00GK103185557SQ201210285869
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者謝鴻宇, 楊木壯, 徐峰, 李長(zhǎng)輝, 李展聰, 唐雪鋒, 張泳茵 申請(qǐng)人:謝鴻宇