[发明专利]一种基于三维激光扫描仪的乔木三维绿量测定方法

说明书

一、技术领域

本发明是关于乔木的树冠体积即三维绿量计算的方法，特别一种基于三维激光扫描仪的乔木三维绿量测定方法。

二、技术背景

“绿化三维量”又称“绿量”，指绿色植物茎叶所占据的空间体积，以单位m³来计算。相对于平面量(如绿化覆盖率)而言，三维绿量指标可以更确切地反映植被构成的合理性及生态效益水平，体现城市绿化的整体水平，它为生态园林研究提供了理论依据，使城市园林绿化定量研究发生了质的飞跃，受到许多业内有关人士的重视。传统的立木三维绿量的计算主要包括：

①采用的是叶面积的总量，通过大量实地测定建立了不同植株个体“绿量”的数学回归表达式。

②采用“以平面量模拟立体量”的方法，通过在彩红外航片上分树种逐株测算绿量的方法，对不同树种，通过回归分析建立冠幅和冠高的相关方程，根据冠幅求出冠高，从而求得树木的树冠体积。

③采用“立体摄影测量”方法，即由相邻两航片的左右视差确定植被高度，在航片上测出该植被的面积，并判断出植被的类型，根据一定的绿量计算经验公式计算三维绿量值。

传统的方法都存在工作量大、精度低、周期长、投资大，难以真实测定树冠体积的缺点，实施起来相当困难。且对于乔木而言，整株树冠代表其三维绿量，对于稀疏树冠，测量的精度将会降低。

三、发明内容

为了克服现有的方法在森林立木三维绿量计测过程中不可避免地带来的很多麻烦，提高工作效率，本发明的目的是提供一种基于三维激光扫描仪的乔木三维绿量测定方法，它克服了现有方法存在的上述缺点。

本发明的目的是这样实现的：

1.在单株乔木周围安置地面三维激光扫描仪，分别在三个方向对单株乔木进行完整扫描，通过单株乔木树冠点云数据提取，测定单株乔木树冠的三维绿量。

2.单株乔木树冠点云数据提取方法如下：首先，根据公共参考球把三个不同方向扫描站的点云数据进行拟合；其次，根据拟合结果所形成的完整单株乔木形状，删除单株乔术周围的点云数据；最后，在平视图角度下把第一活枝处至树木底部的点云数据删除，生成了完整的单株乔木树冠点云数据。

3.测定单株乔木树冠的三维绿量的方法如下：首先，将单株乔木树冠点云数据沿竖直方向由树顶至树冠底部按高度h分割成若干等高的区分段，包括1个圆锥和n个圆台；其次，通过完整的单株乔木树冠点云数据，计算1个圆锥和n个圆台体积；最后，将1个圆锥和n个圆台体积相加求和，计算得到单株乔木的三维绿量。

4.1个圆锥和n个圆台的体积计算方法如下：首先，通过单株乔木树冠点云数据计算区分段截面面积S₀、S₁...Sn；其次，根据区分段截面面积S₀、S₁...Sn和高度h，利用数模①计算树冠顶端圆锥的体积，利用数模②Vn=13(Sn-1+Sn+Sn-1Sn)h]]>计算圆台的体积；最后，利用数模③计算单株乔木树冠三维绿量。