[發明專利]基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法有效
| 申請號： | 202110368040.1 | 申請日： | 2021-04-06 |
| 公開（公告）號： | CN113269825B | 公開（公告）日： | 2022-07-12 |
| 發明（設計）人： | 麻衛峰;王金亮;王成;麻源源 | 申請（專利權）人： | 云南師范大學 |
| 主分類號： | G06T7/62 | 分類號： | G06T7/62;G06T7/10;G06V10/762;G06K9/62 |
| 代理公司： | 合肥市科融知識產權代理事務所(普通合伙) 34126 | 代理人： | 范宇皓 |
| 地址： | 650500 云*** | 國省代碼： | 云南;53 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 地基 激光雷達 技術 林木 胸徑 提取 方法 | ||
1.一種基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，其特征在于，包括：
獲取地基雷達林地點云數據；
對所述地基雷達林地點云數據進行點云高程化處理，提取胸徑切片點；
根據改進k均值聚類對所述胸徑切片點進行切割處理，提取單木胸徑切片點；
對所述單木胸徑切片點進行橢圓擬合處理，獲得胸徑值提取結果；
所述根據改進k均值聚類對所述胸徑切片點進行切割處理，提取單木胸徑切片點的步驟，包括：
根據k均值聚類算法的目標函數計算不同k取值時目標函數值，并通過目標函數變化率確定拐點以確定最佳目標類別數目k值；
隨機選擇一組初始種子點并確定種子點間距最小值；
判斷所述種子點間距最小值是否小于林木間距最小值；
當所述種子點間距最小值不小于林木間距最小值時，則返回至所述隨機選擇一組初始種子點并確定種子點間距最小值的步驟；
當所述種子點間距最小值小于林木間距最小值時，則根據所述初始種子點，以距離最小化為分類原則，對所有樣本點進行歸類；
根據反距離加權公式計算類簇內樣本點的重心，并更新為新的種子點集合，判斷所述種子點集合是否發生變化；
當所述種子點集合發生變化時，則返回至所述當所述種子點間距最小值小于林木間距最小值時，則根據所述初始種子點，以距離最小化為分類原則，對所有樣本點進行歸類的步驟；
當所述種子點集合不發生變化時，則分別計算類簇幾何內樣本點與類中心距離的平均距離和方差，以根據所述平均距離和方差確定單木胸徑切片點。
2.根據權利要求1所述的基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，其特征在于，所述對所述地基雷達林地點云數據進行點云高程化處理，提取胸徑切片點的步驟，包括：
將林地劃分為邊長為固定值的正方形網格，索引網格內最低點視為地面點，確定所述正方形網格內的所有點高程與地面點高程的差值；
根據所述地基雷達林地點云數據中的任意點、所述正方形網格內的所有點高程與地面點高程的差值以及胸徑處點云切片厚度，提取胸徑切片點。
3.根據權利要求1所述的基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，其特征在于，所述k均值聚類算法的目標函數表示為簇內樣本間距之和如公式(2)所示：
其中k為目標類簇數，n為樣本點總數，xi為屬于第j個目標類簇的樣本，uj表示第j個目標類簇的中心。
4.根據權利要求1所述的基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，其特征在于，所述反距離加權公式如公式(3)所示：
其中，Ci為第i類的聚類中心，pj為第i類中的第j個對象點，Sj,Smax,Smin分別代表第j個點與上次迭代聚類中心的距離、距離最大值和最小值。
5.根據權利要求1所述的基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，其特征在于，所述對所述單木胸徑切片點進行橢圓擬合處理，獲得胸徑值提取結果的步驟，包括：
根據所述單木胸徑切片點的胸徑中心點坐標以及胸徑切片半徑，構建胸徑截面形態模型；
聯合隨機采樣一致性算法和最小二乘法求解所述胸徑截面形態模型的模型參數，以獲得胸徑值提取結果。
6.根據權利要求5所述的基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，其特征在于，所述聯合隨機采樣一致性算法和最小二乘法求解所述胸徑截面形態模型的模型參數，以獲得胸徑值提取結果的步驟，包括：
根據隨機采樣一致性算法識別離群噪聲點，獲得剔除噪聲點后的有效樣本集；
根據最小二乘法對所述剔除噪聲點后的有效樣本集進行所述胸徑截面形態模型的模型參數的求解，以獲得胸徑值提取結果。
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