[发明专利]基于点云数据的测树因子自动提取方法

说明书

提供一种使用三维凸包算法计算测树因子的方法，所述三维凸包算法包括：数据采集，利用三维激光扫描仪获取待测立木的三维点云数据；数据预处理，对获取的所述点云数据进行拼接、冠体提取、数据的压缩和抽稀生成三维凸包计算所需的点集，通过对所述点云数据的直接测量获取立木的直接测量因子；计算测树因子，利用自行编写的三维凸包算法对点集自动计算获取树冠的表面积、树冠投影面积以及树冠体积。通过本发明的计算方法提高所需测树因子的计算值的精度。

技术领域

本发明涉及一种关于森林资源计算的方法，特别地涉及一种使用三维凸包算法计算测树因子的方法。

背景技术

随着信息化技术的发展，已知提出用全站仪、经纬仪对立木进行测量，虽然能够很好的解决立木的胸径、树高等直接测定因子的测量。目前，通过模型和遥感图像来获取树冠信息，但是树冠的准确测量还是没有很好的解决。已知，研究人员利用三维激光扫描仪进行树冠表面积和体积测量的研究采用立方体格网法来遍历求解内部体积；通过改进Delaunay算法来提取树冠三维信；利用不规则体切片分割累加，实现树冠体积的自动提取；以固定大小的体元来模拟不规则的树冠形状的体元模拟法；将树冠分割为多个不规则的台体，对每个台体进行体积加和；利用不规则三角网TIN的原理方法来计算冠体体积。然而，这些研究方法的核心内容大致都是将树冠分割或者近似的模拟，所计算的均为近似值，计算值误差相对较大。

另外，传统的测量方法主要是通过将树木伐倒后，对各个参数因子进行测量。其存在操作复杂、精度不高、破坏性强以及自动化低的特点，尤其是树冠的测量，因其经济价值低、难以测量和利用，在测量过程中往往被忽略掉。另外，传统树冠体积计算方法是以树冠的冠幅和冠高为参数，将树冠视作规则几何体计算体积。由于立木树冠并不规则，对数据结果会产生很多的影响。随着森林生态效益及社会效益地位的提高，树冠的表面积、投影面积及体积等测树因子及参数的准确无损测量被越来与重视。但传统的森林调查方法和手段无法满足这些参数的准确测量，难以满足现代城市森林的发展要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种使用三维凸包算法计算测树因子的方法，所述三维凸包算法包括：数据采集，利用三维激光扫描仪获取待测立木的三维点云数据；数据预处理，对获取的所述点云数据进行拼接、冠体提取、数据的压缩和抽稀生成三维凸包计算所需的点集，通过对所述点云数据的直接测量获取立木的直接测量因子；计算测树因子，利用自行编写的三维凸包算法对点集自动计算获取树冠的表面积、树冠投影面积以及树冠体积。

优选地，所述三维凸包算法包括对试验数据的处理过程，所述处理过程包括所述点云数据的预处理和预处理数据的计算。

优选地，所述点云数据的预处理包括：将获取的数据加载到Faro Scene的工作区域中，进行数据匹配和拼接，以形成目标树的三维立体影像；剔除目标树的所有干扰点云数据，保留所述目标树的三维点云数据；通过压缩或抽稀算法减少点云数据，并且以XYZ坐标点的形式导出点云数据。

优选地，所述预处理数据的计算包括：利用Microsoft Visual Studio开发平台，计算获取立木的树冠表面积、树冠投影面积、树冠体积。

优选地，所述预处理数据的计算还包括树冠表面积的计算，其公式为

其中，S_树冠为立木树冠的表面积，S_i为三维凸包第i个三角形面积。

优选地，所述预处理数据的计算还包括树冠投影面积的计算，其公式为

其中，m为明暗分界线的个数，该明暗分界线的点坐标为M_i(X_i，Y_i，Z_i)。