CN102466463A

CN102466463A - 一种不规则冠形立木绿量测定方法

Info

Publication number: CN102466463A
Application number: CN2010105406704A
Authority: CN
Inventors: 冯仲科; 唐雪海; 王佳
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明公开了一种不规则冠形立木绿量测定方法。该方法采用三维激光扫描***获得立木点云数据，通过对整个立木树冠从上到下进行多段等距离的分割，运用最小二乘法对分割的圆锥体和圆台曲面进行拟合，得到每一个曲面进而获得曲面的体积和表面积，最后对等距离分割的圆锥体和圆台的进行累计求和，得到整个树冠的体积及表面积，大大提高了立木绿量测定精度，减少了工作量，提高了工作效率，具有全方位的特点。

Description

一种不规则冠形立木绿量测定方法

一、技术领域

本发明是关于森林资源调查的方法，特别是一种不规则冠形立木绿量测定方法。

二、技术背景

“绿化三维量”又称“绿量”，指绿色植物茎叶所占据的空间体积，以单位m³来计算。相对于平面量(如绿化覆盖率)而言，三维绿量指标可以更确切地反映植被构成的合理性及生态效益水平，体现城市绿化的整体水平，它为生态园林研究提供了理论依据，使城市园林绿化定量研究发生了质的飞跃，受到许多业内有关人士的重视。传统的立木绿量的计算主要包括

①采用的是叶面积的总量，通过大量实地测定建立了不同植株个体“绿量”的数学回归表达式。

②采用“以平面量模拟立体量”的方法，通过在彩红外航片上分树种逐株测算绿量的方法，对不同树种，通过回归分析建立冠幅和冠高的相关方程，根据冠幅求出冠高，从而求得树木的树冠体积。

③采用“立体摄影测量”方法，即由相邻两航片的左右视差确定植被高度，在航片上测出该植被的面积，并判断出植被的类型，根据一定的绿量计算经验公式计算三维绿量值。

传统的方法都存在工作量大、精度低、周期长、投资大，难以真实测定树冠体积的缺点，实施起来相当困难。且对于乔木而言，整株树冠代表其绿量，对于稀疏树冠，测量的精度将会降低。

三、发明内容

为了克服现有的方法在森林立木绿量计测过程中不可避免地带来的很多麻烦，提高工作效率，本发明的目的是提供一种不规则冠形立木绿量测定方法，它克服了现有方法存在的上述缺点。

本发明的目的是这样实现的：

首先，在目标立木的根部贴上标靶纸，采用三维激光扫描***获得立木点云数据；其次，从立木点云数据中提供立木树冠，对整个立木树冠从上到下进行多段等距离的分割，最上部为圆锥体，依次往下为多个圆台；然后，依据标靶纸将立木树冠旋转至东、西、南、北、东南、西南、东北、西北八个方向，分别提出最外点的坐标，并标记点号，把剩余点剔除，运用最小二乘法对分割的圆锥体和圆台曲面进行拟合，得到每一个曲面进而获得曲面的体积和表面积；最后，对等距离分割的圆锥体和圆台的进行累计求和，得到整个树冠的体积及表面积。

其中采用三维激光扫描***获得立木点云数据方法如下：首先，根据立木的位置、相邻程度、冠形形态安置三维激光扫描仪；其次，在需扫描的立木周围放置参考球，清晰地分开相邻立木；再次，在任一目标立木的根部贴上标靶纸，正确获得立木的方向；然后，在每一站扫描的同时利用数码相机进行拍摄，为提取数据时相邻立木的覆盖提供参考；最后，所有站点扫描完成后，按参考球进行拟合，提取每一立木，获得立木点云数据。

本发明具有以下的优点：

①利用三维激光扫描***扫描立木，不用砍伐立木，保护了森林；

②利用点云数据提取立木树冠，并对树冠进行多段分割，仅提取外部点，删除多余点云数据，精度较高；

③利用点云数据进行曲面拟合，得到任何形状树冠的立木体积，建立绿量模型，这种量测具有全方位的特点。

四、具体实施方式

首先选择立木，在三维扫描仪***里设置好扫描角度、扫描质量等参数，根据其立木的位置、相邻程度、冠形形态等安置激光扫描仪，在需扫描的立木周围放置参考球，原则上不同的扫描站之间能能够很清晰地分开相邻立木，并且不同站点之间所扫描的立木能够完全看到三个或三个以上参考球，便于能够很好的提取目标立木，在任一目标立木的根部贴上标靶纸，是为了处理数据时正确获得立木的方向，为后来计算冠幅提供参考依据；在每一站扫描的同时利用数码相机进行拍摄，为提取数据时相邻立木的覆盖提供参考，所有站点扫描完成后，输出数据，按参考球进行拟合，提取每一立木，获得点云数据。

对从点云数据中提取的整个树冠从上到下进行多段等距离的分割，最上部为一近似的圆锥体，依次往下为多个近似圆台，依据标靶纸应用神经网络和遗传算法在软件中旋转至东、西、南、北、东南、西南、东北、西北八个方向，分别提出最外点的坐标，并标记点号，把剩余点剔除，然后运用最小二乘法进行曲面拟合，得到每一个曲面进而获得曲面的体积和表面积，最后进行累计求和多个曲面得到整个树冠的体积及表面积，用此方法可以推广到冠形不规则的不同树种的绿量模型建立。

Claims

1.一种不规则冠形立木绿量测定方法，其特征是：首先，在目标立木的根部贴上标靶纸，采用三维激光扫描***获得立木点云数据；其次，从立木点云数据中提供立木树冠，对整个立木树冠从上到下进行多段等距离的分割，最上部为圆锥体，依次往下为多个圆台；然后，依据标靶纸将立木树冠旋转至东、西、南、北、东南、西南、东北、西北八个方向，分别提出最外点的坐标，并标记点号，把剩余点剔除，运用最小二乘法对分割的圆锥体和圆台曲面进行拟合，得到每一个曲面进而获得曲面的体积和表面积；最后，对等距离分割的圆锥体和圆台的进行累计求和，得到整个树冠的体积及表面积。

2.根据权利要求1所述的一种不规则冠形立木绿量测定方法，其特征是，其中采用三维激光扫描***获得立木点云数据方法如下：首先，根据立木的位置、相邻程度、冠形形态安置三维激光扫描仪；其次，在需扫描的立木周围放置参考球，清晰地分开相邻立木；再次，在任一目标立木的根部贴上标靶纸，正确获得立木的方向；然后，在每一站扫描的同时利用数码相机进行拍摄，为提取数据时相邻立木的覆盖提供参考；最后，所有站点扫描完成后，按参考球进行拟合，提取每一立木，获得立木点云数据。