[發明專利]基于激光點云與空氣動力學的活立木抗風性能分析方法

有效

• 申請號: 201811322277.0
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109446691B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 云挺;黃笑;黃智先;曹林;薛聯鳳
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00;G06F119/14
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 王清義

1.一種基于激光點云與空氣動力學的活立木抗風性能分析方法，其特征在于，包括：

步驟1、枝葉分離：獲取林木點云數據，對林木點云數據進行計算，實現枝葉分離；

步驟2、去噪操作：對獲得的單株活立木的n個枝干點云進行去除噪聲點操作；

步驟3、枝干點云骨架收縮：采用拉普拉斯算法對枝干點云進行收縮；

步驟4、枝干高度分層與聚類中心點求取：根據單株活立木的垂直高度將收縮后的枝干點云數據自下而上切分為不同的層；根據歐式距離進行聚類，設定距離閾值，每一個高度分層中的枝干點云根據距離閾值進行聚類歸屬，即將每一個高度分層的枝干點云之間距離少于距離閾值的點云集歸屬為一類；求取每類的中心點，即每一個高度分層的局部枝干的聚類中心點；

步驟5、圓柱體擬合與骨架重建：遍歷每一個高度分層的聚類中心點，根據聚類中心點并采用帶有空間方向性的圓柱體進行擬合每一個高度分層的枝干骨架，從而實現單株活立木的完整骨架的重建；

步驟6、枝干骨架分類：通過遍歷聚類中心點中的根節點、父節點、分支結點、邊緣節點和兒子節點將整株活立木不同枝干骨架分類為主枝干和次級枝干；

步驟7、葉子點云歸屬：基于分類好的枝干骨架并結合空間分水嶺算法完成對活立木葉子點云數據的歸屬；

步驟8、孔隙率求取：計算活立木的孔隙率；

步驟9、葉片歸屬度分析：根據主枝干和次級枝干的數量將活立木的枝干分為多類，統計各類分支的點云數據和葉片總數，對各類分支的葉片歸屬度進行分析從而計算各類分支的葉團簇體積、各類分支的葉子點云密度和各類分支的葉密度，測量樹高和各類分支的胸徑；

步驟10：模型構建與風力加載下的參數分析：根據林分參數建立樹體三維模型，所述林分參數包括樹高、主枝干與次級枝干的夾角、各類分支的點云數據、各類分支的葉片總數、各類分支的胸徑、各類分支的葉團簇體積、各類分支的葉密度和各類分支的葉團簇孔隙度，由單株活立木的樹體三維模型組合成多株活立木的林分模型，將林分模型加載風力，根據湍流模型和流固耦合模型分析冠內動力學參量變化以及流固耦合過程，從而得到林分內部動態壓力、風速度以及湍流動能強度分布。

2.根據權利要求1所述的基于激光點云與空氣動力學的活立木抗風性能分析方法，其特征在于，

所述的步驟1包括：

采用激光雷達掃描技術獲取林木點云數據，對林木點云數據進行計算，實現枝葉分離；

所述的步驟2包括：

設枝干點云中的任意一點為求出其近鄰點記為：

其中i代表第i個枝干點云，j代表第i個枝干點云的第j個近鄰點；

預先設定點云數目閾值num₁和半徑閾值dist₁，計算每個近鄰點與點的距離，若距離小于半徑閾值dist₁的近鄰點數目小于等于num₁，則該點為噪聲點，并將其去除。