CN103278089A - 一种以三维激光扫描仪为工具的树冠体积、表面积计测技术 - Google Patents

Abstract

本发明是一种以三维激光扫描仪为工具的树冠体积、表面积计测技术。以三维激光扫描仪为工具测量树木点云数据，通过算法提取树木点云数据中外围点云，通过计算公式实现树冠体积、表面积的测算，大大提高了树冠体积、表面积的计算精度，克服了以往树冠体积、表面积计测中方法简单则精度低、精度高则过程繁琐的缺陷。

Description

一种以三维激光扫描仪为工具的树冠体积、表面积计测技术

一、技术领域

本发明涉及一种以三维激光扫描仪为工具的森林计测方法，特别是利用三维激光扫描仪为工具的树冠体积、表面积计测。 

二、技术背景

传统的森林计测技术手段落后，建立在角规测量、伐倒木解析、航片判读等手工作业的基础上，周期长，效率低，精度差，远远不能适应对森林资源和生态环境的监测需求。国内对于森林的监测仅局限于以遥感和常规地面调查为主要技术的宏观、粗放的阶段。某些指标的精准测量，如树冠体积、表面积等林分数据获取的理论、技术、仪器等问题还远远没有解决到令人满意的程度。 

所以在森林资源监测中传统的树冠体积、表面积等的获取方法受森林中地形复杂因素的限制，使这些数据的获取工作量大、精度不高，因此实现这些数据快速准确获取成为本领域科技人员急待解决的问题。本发明通过使用三维激光扫描仪获取的数据的各种有效处理，简化外业测量，在测量过程中自动进行数据存储和处理、建立数学模型、利用智能化内业计算的系统模式。该系统整合了坐标测量、面积测量、体积测量、距离角度测量等多种内业处理功能于一体，全面提升了内业数据处理的速度，智能化和准确性，有效提高了森林监测技术特别是树冠体积、表面积测算的手段。 

三、发明内容

为克服传统方法的数据获取周期长、效率低、精度差的缺点，提高效率与精度，实现树冠体积、树冠表面积的精准量测，本发明提供了一种基于三维激光扫描仪为工具的树冠体积、表面积计测方法，其特征是：以三维激光扫描仪为工具量测树木获取点云数据并记录存储，通过计算机提取树木点云数据中的外围点云，通过数学模型计算树冠体积、表面积。 

主要发明内容： 

①树木点云数据外围点提取模型的建立； 

②树冠体积、表面积的测算 

本项发明与现有方法相比具有以下优点： 

(1)提高了树冠体积、表面积的计测工作效率，传统的树冠体积、表面积测量过程中需要运用多种测量工具，并需要手工记录，工序繁琐。本发明通过三维激光扫描仪直接测量并存储数据简化外业过程，在计算机提取树木点云数据中的外围点云，通过数学模型计算树冠体积、表面积。实现智能化、一体化、高可靠性。在一定程度上减轻了测量作业强度，拓展了测绘仪器的业务领域。 

(2)实现了对树冠体积、表面积的高精度测量，传统方法量测较为简单，误差大。通过三维激光扫描仪可以实现树冠外围特征点的精确量测，计算简便快捷。 

四、附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。 

图1为树冠圆台法求解图，图2为同一高程区间内树冠外围点确定。 

五、具体实施方式：

基于三维激光仪为工具的树冠体积、表面积计测方法与现有方法不同，具体在于： 

1)通过算法提取树木的外围点云，提取外围点云的算法是：将三维点云数据按照高程分段，将在同一高程5cm区间范围内的点云放在一个区间内，在一个区间内的点云数据按照水平方向排序，提取在同一水平方向1cm范围内点云中的最大竖直方向点(x₁，y₁，z₁)和最小竖直方向点的坐标(x₁′，y₁′，z₁′)，并记录在同一高程范围内的点云区间所围成的面积  $S=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(y_i-y_i^{\′})$ 和外围曲线长 $L=\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}(\sqrt{{(x_i-x_{i+1})}^2+{(y_i-y_{i+1})}^2}+\sqrt{{(x_i^{\′}-{x_{i+1}}^{\′})}^2+{(y_i^{\′}-{y_{i+1}}^{\′})}^2})$ 依此类推，重复操作获取单木点云数据的外围点云数据。 

2)将获取到的单木点云数据按照圆台法分隔，通过圆台法体积公式V＝[S+S′+√(SS′)]*h÷3求解单木树冠体积模型； 

3)将获取到的单木点云数据按照圆台法分隔，通过圆台法侧面积公式S＝(L1+L2)*h求解单木树冠表面积模型。 

Claims (2)

1.一种以三维激光扫描仪为工具的树冠体积、表面积计测技术，其特征是：以三维激光扫描仪为工具扫描树木获取树木点云数据，再提取点云数据中单木的外围点云，利用点云数据中的外围点构建树木三维模型，实现树冠体积和表面积的测算。

2.按权利要求书1中的点云数据处理方法如下： 

1)通过算法提取树木的外围点云，提取外围点云的算法是：将三维点云数据按照高程分段，将在同一高程5cm区间范围内的点云放在一个区间内，在一个区间内的点云数据按照水平方向排序，提取在同一水平方向1cm范围内点云中的最大竖直方向点(x₁，y₁，z₁)和最小竖直方向点的坐标(x₁′，y₁′，z₁′)，并记录在同一高程范围内的点云区间所围成的面积

和外围曲线长

依此类推，重复操作获取单木点云数据的外围点云数据。 

2)将获取到的单木点云数据按照圆台法分隔，通过圆台法体积公式V＝[S+S′+√(SS′)]*h÷3求解单木树冠体积模型； 

3)将获取到的单木点云数据按照圆台法分隔，通过圆台法侧面积公式S＝(L₁+L₂)*h求解单木树冠表面积模型。 

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