[发明专利]一种基于重建点云的区域植被三维绿量估算方法

说明书

本发明提供一种基于重建点云的区域植被三维绿量估算方法，属于三维绿量估算技术领域。该方法分析了现有城市三维绿量测算模型中存在的问题，结合三维重建点云自身固有特性和模型通用性的需求进行设计。该方法基于无人机遥感影像进行三维重建，得到三维重建点云数据，重点基于八叉树‑体元理论，创新性地加入扫描线填充优化方法，得到三维绿量测算改进模型，从而完成对城市三维绿量的测算。本发明方法有效解决了现有的三维绿量定量测算方法中存在的测量不准确的问题。

技术领域

本发明属于三维绿量估算技术领域，具体涉及一种基于重建点云的区域植被三维绿量估算方法。

背景技术

三维绿量(Living Vegetation Volume，LVV)作为一种新兴的生态量化指标，它能反映待测区内的绿化效果随空间分布的变化，并且能更直接地与生物量等其他生态指标产生密切联系，因此被广泛运用于城市生态环境评估与城市规划之中。与此同时，三维点云数据被广泛运用于遥感与测绘领域，但较少直接应用在城市区域的植被三维绿量估算中。随着无人机遥感技术以及三维重建技术日趋成熟，运用无人机遥感图像开展实景三维重建技术正在快速兴起，这一交叉研究领域为城市区域三维绿量估算提供了一种响应更快、成本更低、地物信息更丰富的数据采集手段，通过三维重建生成的点云数据，其表面纹理更加细致，相比其他形式的点云数据在记录植被冠层特征方面更具有优势。然而，通过调研，相关研究存在如下问题：

(1)现有的三维绿量量化模型方法，如Fang Huang等人的研究(Fang Huang*,Shuyi ng Peng,Shengyi Chen,Hongxia Cao,Ning Ma.VO-LVV—A novel urban regionalliving vegetation volume quantitative estimation model based on the voxelmeasurement method an d an octree data structure[J].Remote Sensing,2022,14(4):855.)，主要基于单一树种生长参数的测算，应对不同类型的树种需要多组不同的模型参数，难以做到测算模型的通用性；

(2)现有的三维绿量量化模型方法主要基于单株建模，无法应用于区域范围内树种繁多、林层结构复杂等状况，不适合城市区域大范围应用；

(3)现有的基于无人机遥感影像的三维重建耗时过长，效率较低，并且由于植被等地物的纹理信息复杂，以及无人机遥感的摄影视角受限，共同造成了三维重建过程中植被重建效果较差，缺少林下信息，造成直接基于三维点云数据进行城市区域三维绿量测算较为困难。

因此，如何基于三维重建点云数据进行便捷、快速、通用的城市区域三维绿量定量分析，就成为待解决的问题。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于重建点云的区域植被三维绿量估算方法。该方法通过采集无人机遥感数据，利用高性能计算技术实现区域植被场景的快速三维重建，得到三维重建点云数据；并依据该三维重建点云数据，运用PointNet++网络模型完成区域植被点云的提取，最后根据三维重建技术得到反映空间绿植分布的稠密点云模型，以及建立适用于三维绿量的八叉树和体元(Voxel)量化模型，最终完成对三维绿量的定量估算。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于重建点云的区域植被三维绿量估算方法，包括以下步骤：

步骤1.选定一处分布有典型植被的城市区域作为待测区域，使用无人机倾斜摄影测量作业系统对该处测区进行倾斜摄影测量，得到倾斜影像数据；

步骤2.基于开源三维重建算法，对步骤1得到的倾斜影像数据集分别进行稀疏重建和稠密重建，得到被测区的场景三维重建点云数据；

步骤3.对步骤2得到的场景三维重建点云数据，使用点云语义分割神经网络模型提取出植被点云数据；