專利名稱：一種基于三維激光點云數(shù)據(jù)的樹冠體積與表面積計測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于森林資源調(diào)查的方法，特別是關(guān)于一種基于三維激光掃描數(shù)據(jù)計算樹冠體積和面積的方法。
背景技術(shù)：
樹冠作為樹木生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)因子，其表面積和體積的大小直接影響樹木的養(yǎng)分吸收、光合作用、保水功能并反映出樹木的健康狀況，是衡量樹冠生物學(xué)特性及生態(tài)功能等的最重要因子之一。但是目前國內(nèi)外對樹冠表面積和體積時，多采用傳統(tǒng)的方法，即砍伐大量的立木作為樣木，利用伐倒木區(qū)分求積式計算材積，實踐中也常用到枝解析樣木的方法，通過大量的野外調(diào)查建立反演模型進行求解。但上述方法在外業(yè)調(diào)查實際操作過程中，存在很多不足:①方法成本高；②對森林造成的損傷大；③反演模型往往因樹種和地域的不同具有局限性，降低了了樹冠計測技術(shù)的可靠性。以上的缺陷都是由于樹冠表面積與樹冠體積的基本內(nèi)涵與調(diào)查方法未受到足夠的重視，并存在著概念模糊、測算方法粗放的問題，難以滿足標(biāo)準(zhǔn)日益提高的林業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)建設(shè)的需要。為提高調(diào)查質(zhì)量，就需要使用一種新的方法來測算樹冠表面積與樹冠體積，既不需要復(fù)雜的方法步驟，又能保證樹冠表面積與樹冠體積測算的精度。使用三維激光掃描數(shù)據(jù)計算樹冠體積和面積就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于三維激光掃描數(shù)據(jù)計算樹冠體積和面積的方法，它是在用三維激光掃描儀獲取的樹木完整掃描信息的基礎(chǔ)上利用曲面方程進行樹冠體積及面積的求解。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:將三維激光掃描儀獲取的樹木完整掃描信息，以樹冠最高點Hm和樹冠最低點Hn的連線為Z軸，以垂直Z軸且面積最大的冠徑平面為XOY平面建立空間坐標(biāo)系XYZ,用數(shù)模Z = ax2+by2+cx+dy+exy+f (a、b、C、d、e、f為參數(shù))在八個卦限中建立八個樹冠表面曲面方程，利用八個曲面方程求解樹冠體積及面積。其中建立樹冠表面曲面方程的方法是:首先，作Z=0.2ZHto,Z=0.4ZHm,Z=0.6ZHm,
Z=0.四個平面在第一卦限的每個平面與曲面的切線上隨機取6個點記錄坐標(biāo)，共計24個坐標(biāo)。其次，將24個坐標(biāo)及最高點的坐標(biāo)利用最小二乘法原則計算得到數(shù)模Z =ax2+by2+cx+dy+exy+f。在其他7個卦限中重復(fù)求解得到7個數(shù)模，在后4個卦限中使用的平面為
權(quán)利要求
1.一種基于三維激光點云數(shù)據(jù)的樹冠體積與表面積計測方法，其特征是:利用三維激光掃描儀獲取樹木點云數(shù)據(jù)，構(gòu)建立木三維模型，以樹冠最高點Hm和樹冠最低點Hn的連線為Z軸，以垂直Z軸且面積最大的冠徑平面為XOY平面建立空間直角坐標(biāo)系XYZ，利用數(shù)模Z = ax2+by2+cx+dy+exy+f在空間直角坐標(biāo)系XYZ的每個卦限中各建立一個樹冠表面曲面方程，計測樹冠體積與表面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于三維激光點云數(shù)據(jù)的樹冠體積與表面積計測方法，其特征是:其中樹冠表面曲面方程的建立方法如下:①在空間直角坐標(biāo)系XYZ中作
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于三維激光點云數(shù)據(jù)的樹冠體積與表面積計測方法，其特征是:其中計測樹冠體積與表 面積的方法如下:利用曲面方程及積分V = / / s
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三維激光掃描數(shù)據(jù)計算樹冠體積和面積的方法。以三維激光掃描儀為工具，通過三維激光掃描儀獲取的樹木完整掃描信息的基礎(chǔ)上利用曲面方程進行樹冠體積及面積的求解。計算出每個曲面中樹冠的體積及面積，相加即可得到所求樹冠面積及體積，充分利用了三維激光掃描儀靈活以及高效率的特點，降低了外業(yè)調(diào)查的成本，提高了樹冠的體積及面積外業(yè)操作和內(nèi)業(yè)處理的效率和精度；克服了以往方法對森林造成的損傷大及成本高的特點。
文檔編號G01C3/00GK103206944SQ20131005454
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月21日
發(fā)明者馮仲科, 樊仲謀, 胡戎, 高祥, 黃曉磊 申請人:北京林業(yè)大學(xué)