專利名稱：一種基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹(shù)冠測(cè)量方法，尤其涉及一種基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)
量方法。
背景技術(shù)：
樹(shù)冠是樹(shù)木全部分枝和葉的總體，它是樹(shù)木生長(zhǎng)發(fā)育以及其它功能作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。樹(shù)冠的形狀取決于樹(shù)木的遺傳特性和環(huán)境因素，形態(tài)各異的樹(shù)冠，給有關(guān)的研究工作帶來(lái)困難。目前測(cè)量樹(shù)冠的方法主要是馮仲科及其學(xué)生進(jìn)行研究。發(fā)表的文獻(xiàn)有馮仲科的“精準(zhǔn)林業(yè)[M] ”和“基于三維激光掃描成像系統(tǒng)的樹(shù)冠生物量研究[J]”、熊妮娜的“一種基于三維激光掃描系統(tǒng)測(cè)量樹(shù)冠體積方法的研究——以油松為例[J] ”、鄧向瑞的“三維激光掃描系統(tǒng)在立木材積測(cè)定中的應(yīng)用[J] ”、羅旭的博士論文“基于三維激光掃描測(cè)繪系統(tǒng)的森林計(jì)測(cè)學(xué)研究[D]”和唐雪海的博士論文“北京市城六區(qū)三維綠量估算與分析研究[D]”。以上幾種方法的技術(shù)路線基本一致，都是將樹(shù)冠看作一個(gè)小圓錐和多個(gè)圓臺(tái)，將圓臺(tái)圓錐的體積累加獲得樹(shù)冠體積。其中，以唐雪海提出用的不規(guī)則底面面積充當(dāng)圓臺(tái)底面面積的方法較為精確。唐雪海利用三維激光掃描系統(tǒng)獲得單木點(diǎn)云數(shù)據(jù)，形成完整的單木樹(shù)冠點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后將一立木沿豎直方向分割成若干等高的區(qū)分段，把單木的整個(gè)樹(shù)冠看成由頂端的一個(gè)小圓錐和下面η個(gè)圓臺(tái)組成的立體，樹(shù)冠體積即為這一圓錐和η個(gè)圓臺(tái)體積之和(參見(jiàn)

圖1)。其中，圓錐和圓臺(tái)的底面面積通過(guò)對(duì)樹(shù)冠部分的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量獲得，將截取的這部分?jǐn)?shù)據(jù)投影在XY坐標(biāo)系平面上，通過(guò)這些數(shù)據(jù)構(gòu)建成不規(guī)則圓形，對(duì)不規(guī)則圓形進(jìn)行面積計(jì)算。用平行于Y軸垂直于X軸的豎直線將不規(guī)則圓形分割成η個(gè)等寬的區(qū)間段。將不規(guī)則圓形的面積看作頭尾兩個(gè)三角形及η-2個(gè)梯形之和來(lái)計(jì)算面積(參見(jiàn)圖2)。其體積公式為:
權(quán)利要求
1.一種基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法，其特征在于，包括: 獲取三維激光掃描系統(tǒng)米集的目標(biāo)樹(shù)木的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 將所述空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)沿豎直方向由樹(shù)冠頂部至樹(shù)冠底部分割成多個(gè)等高的區(qū)分段； 根據(jù)所述區(qū)分段內(nèi)的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)造多邊形； 根據(jù)所述多邊形構(gòu)造樹(shù)冠三維模型。
2.如權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)區(qū)分段內(nèi)的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)造多邊形的步驟包括: 將所述區(qū)分段內(nèi)的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)投影到同一平面內(nèi)； 根據(jù)所述空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建第一平面直角坐標(biāo)系，使所述空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)均分布在第一象限內(nèi)； 在所述空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取目標(biāo)點(diǎn)，所述目標(biāo)點(diǎn)包括距離所述第一平面直角坐標(biāo)系的X軸最近的點(diǎn)、距離X軸最遠(yuǎn)的點(diǎn)、距離Y軸最近的點(diǎn)、距離Y軸最遠(yuǎn)的點(diǎn)； 計(jì)算所述目標(biāo)點(diǎn)的X軸坐標(biāo)及Y軸坐標(biāo)的中值； 以所述中值為原點(diǎn)，根據(jù)所述目標(biāo)點(diǎn)構(gòu)建第二平面直角坐標(biāo)系； 根據(jù)所述目標(biāo)點(diǎn)在第二平面直角坐標(biāo)系的分布情況構(gòu)造多邊形。
3.如權(quán)利要求2所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法，其特征在于，所述在空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取目標(biāo)點(diǎn)的步驟包括: 在所述第一平面直角坐標(biāo)系的X軸及Y軸上設(shè)立第一點(diǎn)陣； 沿X軸劃分等寬區(qū)間，使所述X軸上的第一點(diǎn)陣的點(diǎn)與所述X軸的等寬區(qū)間一一對(duì)應(yīng)；在所述X軸的等寬區(qū)間內(nèi)，提取距離所述X軸的等寬區(qū)間所對(duì)應(yīng)的第一點(diǎn)陣的點(diǎn)最近、最遠(yuǎn)的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)為初選點(diǎn)； 沿Y軸劃分等寬區(qū)間，使所述Y軸上的第一點(diǎn)陣的點(diǎn)與所述Y軸的等寬區(qū)間一一對(duì)應(yīng)；在所述Y軸的等寬區(qū)間內(nèi)，提取距離所述Y軸的等寬區(qū)間所對(duì)應(yīng)的第一點(diǎn)陣的點(diǎn)最近、最遠(yuǎn)的初選點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求2所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法，其特征在于，所述根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)在第二平面直角坐標(biāo)系的分布情況構(gòu)造多邊形的步驟包括: 根據(jù)所述目標(biāo)點(diǎn)在所述第二平面直角坐標(biāo)系中各個(gè)象限的分布情況提取表面點(diǎn)， 當(dāng)有四個(gè)或兩個(gè)象限中含有目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，在含有目標(biāo)點(diǎn)的象限中提取距離所述第二平面直角坐標(biāo)系的X軸最遠(yuǎn)的目標(biāo)點(diǎn)為表面點(diǎn)， 當(dāng)有三個(gè)象限中含有目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，在沿Y軸方向與不含有目標(biāo)點(diǎn)的象限相鄰的象限上提取距離所述第二平面直角坐標(biāo)系的X軸最近、最遠(yuǎn)的目標(biāo)點(diǎn)為表面點(diǎn)，在其余象限上提取距離所述第二平面直角坐標(biāo)系的X軸最遠(yuǎn)的目標(biāo)點(diǎn)為表面點(diǎn)； 沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜻B接所述表面點(diǎn)以構(gòu)造多邊形。
5.如權(quán)利要求4所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法，其特征在于，所述沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜻B接表面點(diǎn)以構(gòu)造多邊形的步驟之后還包括: 沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较颍崛∵B續(xù)的四個(gè)表面點(diǎn)，所述四個(gè)表面點(diǎn)依次為起點(diǎn)、第一參考點(diǎn)、第二參考點(diǎn)、第三參考點(diǎn)； 比對(duì)所述起點(diǎn)與所述第一參考點(diǎn)、第二參考點(diǎn)、第三參考點(diǎn)間的距離，將所述第一參考點(diǎn)、第二參考點(diǎn)、第三參考點(diǎn)中距離所述起點(diǎn)最近的表面點(diǎn)與所述起點(diǎn)相連，構(gòu)造多邊形；以所述第一表面點(diǎn)、第二表面點(diǎn)、第三表面點(diǎn)中距離所述起點(diǎn)最近的表面點(diǎn)為新的起點(diǎn)，重新提取第一參考點(diǎn)、第二參考點(diǎn)、第三參考點(diǎn)，直到所有的表面點(diǎn)均完成比對(duì)。
6.如權(quán)利要求5所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法,其特征在于,還包括: 利用數(shù)學(xué)模型C
7.如權(quán)利要求6所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法，其特征在于，還包括:利用數(shù)學(xué)模型
8.如權(quán)利要求7所述的基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法，其特征在于，還包括: 利用數(shù)學(xué)模型
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種基于三維激光掃描系統(tǒng)的樹(shù)冠測(cè)量方法，包括獲取三維激光掃描系統(tǒng)采集的目標(biāo)樹(shù)木的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)；將所述空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)沿豎直方向由樹(shù)冠頂部至樹(shù)冠底部分割成多個(gè)等高的區(qū)分段；根據(jù)所述區(qū)分段內(nèi)的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)造多邊形；根據(jù)所述多邊形構(gòu)造樹(shù)冠三維模型。采用本發(fā)明，通過(guò)引入平面直角坐標(biāo)系并采用分象限構(gòu)造多邊形的方法，將區(qū)分段內(nèi)的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選處理，精確地提取樹(shù)冠表面點(diǎn)以構(gòu)建樹(shù)冠三維模型。
文檔編號(hào)G01B11/24GK103175484SQ20121054747
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者謝鴻宇, 徐峰, 楊木壯, 李展聰, 宋爽, 鄧潔茹, 唐雪鋒, 張泳茵, 楊錦 申請(qǐng)人:謝鴻宇