[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

说明书

本发明涉及体积计算技术领域，具体涉及一种基于点云数据的植物冠层体积计算方法、系统及相关设备，目的在于解决现有技术对植物冠层体积计算不理想的问题。本发明的计算方法包括：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z坐标概率密度函数，计算出z坐标概率密度函数的曲率局部极值点；对每个局部极值点，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；根据横截面将植物冠层从上至下划分为一个椎体与多个台体，进而计算植物冠层的体积。本发明提高了植物冠层体积计算的准确度。

技术领域

本发明涉及体积计算技术领域，具体涉及一种基于点云数据的植物冠层体积计算方法、系统及相关设备。

背景技术

由于植物冠层空间结构本身的不规则性和复杂性，植物冠层体积的准确测量一直以来都是困扰研究者的难题。传统的方法是将植物冠层等间隔切分，抽象成单一的几何体，该方法有较大的局限性，并且误差很大。

国内外的专家学者大都采用等间隔切片法，将横截面抽象成圆形、椭圆、扇形、梯形等二维几何图形来计算树冠体积，但是以上的研究成果对横截面的计算以及侧面积的计算都不能保证很高的计算精度。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种基于点云数据的植物冠层体积计算方法、系统及相关设备，提高了植物冠层体积计算的精度。

本发明的第一方面，提出一种基于点云数据的植物冠层体积计算方法，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。

优选地，“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，

△f_k(t)＝f(t+k△t)-f(t+(k-1)△t)

c(t)为计算出的曲率值，f(t)为函数，k＝1,2,3，△t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。

优选地，“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：