[发明专利]基于点云数据的植物冠层体积计算方法、系统及相关设备

权利要求书

1.一种基于点云数据的植物冠层体积计算方法，其特征在于，所述方法包括：

以植物冠层点云数据的三维坐标数据为初始值，将所述植物冠层点云数据的坐标信息投影到z轴，计算z坐标概率密度函数；

根据所述z坐标概率密度函数，计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点；

对每个所述局部极值点，经过该点并垂直于z轴画出一个平面作为一个横截面；根据预设的分割层数，在所述局部极值点之间进行分割，得到多个垂直于z轴的横截面；

根据所述横截面，将所述植物冠层从上至下划分为一个椎体与多个台体，进而计算所述植物冠层的体积；

所述计算所述植物冠层的体积的方法包括：分别将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到对应的横截面上，进而计算每个横截面的边界点；分别顺次连接每个横截面的边界点，得到对应横截面的多边形轮廓，进而计算每个横截面的面积；以所述横截面为分界面，将所述植物冠层从上至下划分为一个椎体与多个台体；根据所述横截面的面积，分别计算所述椎体与所述台体的体积，进而得到所述植物冠层的体积。

2.根据权利要求1所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法，其特征在于，“根据所述z坐标概率密度函数，计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点”的步骤包括：

按照下式对概率密度进行修正：

p'＝corr_p*p

其中，

max(z)、min(z)分别表示所述植物冠层点云数据在z轴投影的最大值和最小值，max(p)表示概率密度p的最大值；

按照下式计算z轴投影上离散点的曲率：

其中，

Δf_k(t)＝f(t+kΔt)-f(t+(k-1)Δt)

c(t)为计算出的曲率值，f(t)为函数，k＝1,2,3，Δt为函数f(t)的参数t的单位步长，符号“×”表示叉积，符号表示点乘，符号“||||”表示模长；

在z轴投影上的离散点中选取所述曲率值大于曲率阈值的点作为待定极值点；

在相邻的所述待定极值点中选择曲率值最大的点，得到局部极值点。

3.根据权利要求1所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法，其特征在于，“根据预设的分割层数，在所述局部极值点之间进行分割，得到多个垂直于z轴的横截面”的步骤包括：

按照下式计算每对相邻的所述局部极值点之间的分割步长：

在每对相邻的所述局部极值点之间，根据对应的所述分割步长进行等间距分割，从而得到多个垂直于z轴的横截面；

其中，LEz_i和LEz_i+1分别为第i个和第i+1个局部极值点的高度，且第i个和第i+1个局部极值点为两个相邻的局部极值点，i＝1,2,…,m，m为所述局部极值点的个数；Δz为点云高度，L为所述预设的分割层数。

4.根据权利要求1所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法，其特征在于，“分别将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到对应的横截面上，进而计算每个横截面的边界点”的步骤包括：

按照下式计算所述植物冠层点云数据的点间平均距离：

其中，

ρ为点云在高度方向上的密度，N为所述点云数据中点的个数，S为点云在大地坐标水平方向上的投影面积；Δz为点云高度；

分别将每个横截面上、下特定距离范围内的点投影到对应横截面上，其中，所述特定距离为ε_z/2；

对每个横截面上的点云数据，采用二维平面边界轮廓的alpha-shape算法计算出该横截面的边界点。