[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

本發明適用于林業工程技術領域，提供了基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，其中，所述基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法包括：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。本發明通過改進后的k均值聚類能快速的實現林木胸徑點批量化提取，無需林木數目、樣地大小等先驗知識，具有自動化程度高，抗噪性強的優勢，對研究地基激光雷達在林業資源調查及生產管理應用具有一定的實際應用參考價值。

技術領域

本發明屬于林業工程技術領域，尤其涉及一種基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法。

背景技術

胸徑是指距離根莖1.3m處的樹干截面直徑，是評價林木生長狀態的重要參數之一，其準確提取對研究森林生物量估計、林業資源監測及動態管理等具有重要意義。傳統的胸徑測量方法主要采用胸徑尺或檢徑尺人工實地接觸式測量，該方法操作簡單，但存在作業時間長、勞動強度大等不足，不能滿足現代林業信息化、智能化發展要求。在傳感器和國家需求的雙重驅動下，高分辨率精細遙感技術得到了快速的發展，涌現了基于無人機攝影測量、機載激光雷達、地基激光雷達等多遙感技術的森林參數反演方法，其中地面激光雷達技術采用非接觸式高速激光測量方法，在不損傷樹木的前提下直接獲取林下空間高精度、高密度的三維空間和反射強度信息—點云數據，具有其他遙感技術無法比擬的優勢，為森林資源調查和林業研究提供了全新的數據獲取手段，已成為林木參數快速提取研究的熱點。

目前，針對地基激光雷達點云數據林木胸徑提取，國內外學者開展了大量研究，可概括為3個步驟：①胸徑切片提取。即從龐大的樣地點云數據集中分離得到林木1.3m處一定厚度點云。②切片點云分割。單木胸徑切片點云是胸徑值計算最小單元，步驟①提取得到的點云包含多個單木胸徑切片共存現象，切片點云分割就是將相同林木胸徑點聚為一個集合，不同林木胸徑點彼此分開，為后續胸徑值計算做準備。③胸徑值估算。以圓或者橢圓為胸徑截面模型，通過求解模型參數(半徑R/或長短半軸/a,b)，從而得到胸徑值估算結果。較比于步驟①③，切片點云分割研究相對較為薄弱，主要存在以下兩個方面的不足：①存在人為干預，自動化程度有待提高。通常需要林木數等樣地調查先驗知識，降低了胸徑提取過程的自動化程度。②單木胸徑點提取精度不高。分割處理后的單木胸徑切片點云還存在噪聲點，這些噪聲點離胸徑點距離很近，常規方法很難去除，其將作為有效樣本點參與胸徑值估算，嚴重影響胸徑提取結果。

由此可見，現有的林木胸徑提取方法存在胸徑切片分割精度低、自動化程度不高的問題。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，旨在解決現有的林木胸徑提取方法存在胸徑切片分割精度低、自動化程度不高的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的方法，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。

本發明實施例的另一目的在于一種基于地基激光雷達技術林木胸徑值提取的裝置，包括：

林地點云數據獲取單元，用于獲取地基雷達林地點云數據；

胸徑切片點提取單元，用于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；

單木胸徑切片點提取單元，用于根據改進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；以及