[发明专利]一种基于LiDAR点云数据的三维绿量估算及管理方法

说明书

本发明公开了一种基于LiDAR点云数据的城市三维绿量估算及管理方法，其包括以下步骤：利用城市地区已识别了植被的LiDAR数据作为源数据，首先采用自上而下的点云分割方法，依次识别出单棵树木、灌木及草地点云。针对树木点云，利用垂直方向上的点云高度分布自动识别树冠位置，再利用三维凸包法计算树冠部分的体积，即树冠绿量。通过将树冠绿量赋给树顶点，实现树冠绿量的矢量化管理。针对灌木及草地点云，通过将其对应的点云斑块视为不规则圆柱体来计算绿量，斑块面积通过边界追踪得到，高度取斑块内植被点的平均归一化高程，相乘可得到该植被斑块的三维绿量。通过将绿量属性赋予该斑块对应的多边形，可实现低矮植被绿量的矢量化管理。

技术领域

本发明涉及使用LiDAR点云数据估算城市三维绿量的方法，尤其涉及一种可用于GIS平台对三维绿量进行矢量化管理分析的方法。

背景技术

随着人们对绿地功能认识的增加及数据的丰富，城市绿地研究从简单的植被制图发展到绿地空间的量化研究。常用的公共绿地面积、绿化覆盖率、绿地率等指标是从二维的面积或覆盖率来评价绿地，可在宏观上衡量城区的绿化面积及大致的分布格局，有一定的指导意义。然而，城市绿地空间是三维的，仅从二维覆盖面积出发的评价方法并不能描述绿地组成及其空间结构，也很难反映不同绿化结构的生态功能水平。

已有研究表明，不同的植物类型及分层结构在固碳、降噪等方面的能力是不同的，导致覆盖同样面积的一片草地和乔灌草复层结构，产生的生态效益是截然不同的。植被结构越复杂，层次越丰富，生态功能越强。因此发展更全面立体的绿化评价指标，实现客观准确的绿地量化评估成为城市规划的一个迫切要求。三维绿量(LVV,living VegetationVolume)作为城市绿化体系的第一立体指标，可在立体水平上反映城市植被的空间结构差异，更全面、准确地评价城市绿地的生态效益，指导不同城市功能区的绿化结构设计。

早期我国三维绿量测算主要依靠大量实测来实现，将树冠视为规则的几何形状，如球形、锥形等，通过实测了树木的冠径及冠高，代入几何公式计算得到，准确但费时费力，推广困难。目前常用的基于遥感影像的绿量估算方法可在实测建立了分树种的冠径-冠高模型的基础上，借助于遥感影像识别树种及冠径，使估算过程半自动化。然而这仍然需要大量的人工实测数据，且建立的模型具有地域性。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供的一种基于LiDAR点云数据的三维绿量估算及管理方法，在自动识别单棵树木、灌木及草地点云的基础上，分别针对树冠及低矮植被(灌木、草地)实现了准确的绿量估算，可支持GIS平台上三维绿量的分析管理。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

A、选用已标识植被点云的LiDAR点云数据作为数据源；

B、针对植被点云，采用自上而下的分割方法，依次实现单棵树木、灌木、草地点的分离提取；

C、对单棵树木点云，利用垂直方向上的点云分布特点自动检测到树冠位置，进而计算得到树冠点云的体积，即树冠三维绿量；

D、灌木及草地点云，则视为不规则圆柱体计算其体积。

E、将树木、灌木、草地的三维绿量作为矢量文件的属性输入，可在GIS平台实现三维绿量的管理分析。

所述的三维绿量估算方法，其中，所述步骤A具体的包括：基础数据为机载激光雷达点云数据，经过了航线拼接、去噪的预处理，参照航拍影像人工实现了地面点及植被点云的识别，并且通过地面点插值生成的数字地面模型(DEM)进行了点云的高度归一化，即去除地形对点云高度的影响。