[發(fā)明專利]激光點云中林木參數(shù)評估方法

有效

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• 申請日: 2017-10-15
• 公開（公告）號: CN107705309B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設計）人: 云挺;張艷俠;薛聯(lián)鳳;王佳敏
• 申請（專利權）人: 南京林業(yè)大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/62
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 王清義

本發(fā)明提供一種測定數(shù)據(jù)方便，不受環(huán)境影響，評估結果準確的激光點云中林木參數(shù)評估方法。該方法是對點云數(shù)據(jù)進行窗口平滑操作，以消除地形高度差；對點云特征進行枝葉分離操作，并獲取主枝干信息；計算主枝干點云的法矢量，求取瑞利商獲取主枝干傾斜角；結合投影分水嶺算法，實現(xiàn)對橡膠林段的單株提取；株株分離后進行反演冠幅與葉片分布，分別計算了冠幅、胸徑、冠積、傾斜度、樹葉分布與葉面積指數(shù)等參數(shù)。

技術領域

本發(fā)明涉及對樹林中樹木的有關參數(shù)如棵數(shù)、樹高、胸徑、冠體積、冠幅等進行測定評估的方法。

背景技術

中國的亞熱帶森林，是以常綠闊葉林為主要喬木的生物群落，覆蓋著全國大約25％的面積。森林對二氧化碳下降、動物群落、調(diào)節(jié)水文流動和鞏固土壤起著重要的作用。此外，森林生物量是評估森林碳貯量的重要參數(shù)。若森林遭受破壞，則會產(chǎn)生長期和不可逆的影響。因此，如何對森林進行實時監(jiān)測，準確而又高效地獲取森林相關資源信息，研究森林的生長狀況及其動態(tài)變化具有非常重要的意義。

正是由于森林的重要性，近年來，國內(nèi)外許多的學者做了大量的面向森林監(jiān)測的相關工作。按研究區(qū)域的尺度可分為以下三類：

一、在宏觀尺度下，運用星載數(shù)據(jù)的大區(qū)域影像，針對林木參數(shù)反演開展了較多的工作。其中：基于QuickBird的高分辨率VHR星載圖像對城區(qū)地區(qū)進行定位和樹冠描繪；面向WorldView-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)設計半自動化方法實現(xiàn)對樹冠自動定位；面向Ikonos衛(wèi)星數(shù)據(jù)對人工針葉林實現(xiàn)樹冠分割以及單株樹的定位與提取。基于Landsat 8衛(wèi)星數(shù)據(jù)針對贊比亞米隆博林進行樹冠描繪，進而實現(xiàn)對樹冠的定位；面向ALOS PALSAR和Landsat ETM+衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)智力中部森林中的樟子松和桉樹進行樹冠分割。雖然宏觀尺度下獲取到了樹木的參數(shù)信息，但由于大尺度下精度低和高光譜變異性問題，以及樹種、樹齡、環(huán)境等因素的影響，都會造成基于宏觀尺度下的測量方法對不同種類的樹冠邊緣識別與冠中心定位不準確等誤差。

二、在中觀尺度下，如機載Lidar、小尺度激光Lidar掃描儀、航空影像、移動式激光掃描和高光譜小型機載光譜成像儀(CASI)等。中觀尺度下的研究工作，在樹頂遮擋、參數(shù)掃描和樹木差異性上都存在著問題，這對結果的獲取和對單株樹木提取都有著一定的影響。

三、在微觀尺度下，目前的方法主要有：落葉法、角規(guī)測樹法、半球攝影法，葉面積測定法和LAI-2200植物冠層分析儀等方法。微觀尺度下所采用的方法都較為簡單，不需要特殊的儀器，較為方便快捷，但多是人力測量，其耗力大，而且測量工作容易受外界因素影響，如季節(jié)、天氣、光照和色差等，這些因素都會導致對林分參數(shù)的測量照成很大的困難，測定工作歷經(jīng)時間相對較長。

本發(fā)明的目的是提供一種測定數(shù)據(jù)方便，不受環(huán)境影響，評估結果準確的激光點云中林木參數(shù)評估方法。

本發(fā)明所述的激光點云中林木參數(shù)評估方法，包括以下步驟：

步驟A:獲取點云數(shù)據(jù)：以激光雷達對樹林自下而上掃描，獲取樹林的點云數(shù)據(jù)p_i(x_i，y_i，z_i)，x_i、y_i、z_i分別表示點p_i在x、y、z坐標軸方向上的坐標值；

步驟B:對樹木枝葉分離：

對于點云數(shù)據(jù)中的一點p_i＝(x_i,y_i,z_i)^T,其中對于點p_i，半徑為r_m內(nèi)的領域定義為：p_j＝(x_j,y_j,z_i)^T，且滿足條件：||p_j-p_i||≤r_m；