[发明专利]基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法

权利要求书

1.基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法，其特征在于，包括：

基于地面激光雷达获取植被的LiDAR三维结构点云数据并计算植被体积，其中所述LiDAR三维结构点云数据包括：树干体积、树冠体积、林冠容重、枝条倾角和叶倾角；

将所述植被体积中的植被体元作为输入，将郁闭度、植被持水能力以及饱和植被的平均蒸发速率融入到Gash模型中，构建基于地面激光雷达的林冠截留模型。

2.根据权利要求1所述的基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法，其特征在于，获取所述植被的LiDAR三维结构点云数据，包括：

基于所述地面激光雷达获取植被的点云数据，将所述植被的点云数据进行去噪、裁剪、重采样、地面点滤波处理，得到LiDAR点云数据集；通过所述LiDAR点云数据集，构建体元模型，获得体元数量，通过所述体元数量对所述植被各部分结构参数进行测量，获取所述植被的LiDAR三维结构点云数据；其中，所述LiDAR三维结构点云数据中包含空间三维坐标信息和激光反射强度信息。

3.根据权利要求2所述的基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法，其特征在于，构建所述体元模型，获得体元数量，包括：

将所述植被的点云数据按照预置单位面积进行体素化，将空间分为1cm³的体素网格，获得所述体元模型，将包含在单元体素网格内的所述点云数据合并成单位数量体元，统计所述体元数量。

4.根据权利要求1所述的基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法，其特征在于，计算所述植被体积的方法为：

V_veg＝V_T+V_C+V_U

其中，V_veg为单位体积内包含植被的体元数量，V_T为树干体积、V_C为林冠体积，V_U为林下层植被体积。

5.根据权利要求4所述的基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法，其特征在于，获取所述植被持水能力，包括：

通过所述LiDAR三维结构点云数据获得植被各部分体元表面积，结合室内实验获取的单位面积枝叶持水能力参数，反演获取所述植被持水能力；其中，所述植被各部分持水能力包括树干持水能力S_vt和林冠持水能力S_vc。

6.根据权利要求5所述的基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法，其特征在于，所述树干持水能力S_vt＝S_bA_T；

其中，S_b为单位表面积枝干持水能力，由室内实验获得，A_T为树干的表面积，通过LiDAR点云数据计算树干体元获得；

所述林冠持水能力S_vc＝S_bA_B+S_lA_L；

其中，S_l为单位表面积叶片持水能力，A_B和A_L分别为林冠中枝叶的表面积，分别由点云枝叶分离后枝叶的体元获得。

7.根据权利要求1所述的基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法，其特征在于，获取所述饱和植被的平均蒸发速率，包括：

通过植被体积与饱和林冠的平均蒸发速率模型，得到单位体积饱和植被的平均蒸发速率，将所述单位体积饱和植被的平均蒸发速率代替原有Gash模型中单位覆盖面积平均蒸发率，得到单位体积内所述饱和植被的平均蒸发速率；其中所述饱和植被的平均蒸发速率包括饱和树干平均蒸发速率、饱和林冠平均蒸发速率以及林下层植被的平均蒸发速率。

8.根据权利要求1所述的基于地面激光雷达点云数据的林冠截留模型的构建方法，其特征在于，所述基于地面激光雷达的林冠截留模型包括：林冠未饱和的加湿阶段、总降雨量使冠层达到饱和阶段但树干未达到饱和阶段、总降雨量使树干达到饱和阶段；

所述林冠未饱和的加湿阶段的林冠截留量为：

其中，I_c为林冠未饱和的加湿阶段的林冠截留量，V₀为单位观测样地总体积，P_G为林外总降雨量，m为未饱和阶段观测的降雨次数；

所述总降雨量使冠层达到饱和阶段但树干未达到饱和阶段的林冠截留量为：

其中，n为饱和阶段降雨观测次数，为饱和林冠的平均蒸发速率，为降雨平均强度，P′_G为林冠达到饱和所需降雨量；

所述总降雨量使树干达到饱和阶段的林冠截留量为：

I_t＝S_vt

其中，I_t为总降雨量使树干达到饱和阶段的林冠截留量，S_vt为树干持水能力。