專利名稱：一種不規(guī)則冠形立木綠量測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于森林資源調(diào)查的方法，特別是一種不規(guī)則冠形立木綠量測定方法。
背景技術(shù)：
“綠化三維量”又稱“綠量”，指綠色植物莖葉所占據(jù)的空間體積，以單位m3來計(jì)算。 相對于平面量(如綠化覆蓋率)而言，三維綠量指標(biāo)可以更確切地反映植被構(gòu)成的合理性及生態(tài)效益水平，體現(xiàn)城市綠化的整體水平，它為生態(tài)園林研究提供了理論依據(jù)，使城市園林綠化定量研究發(fā)生了質(zhì)的飛躍，受到許多業(yè)內(nèi)有關(guān)人士的重視。傳統(tǒng)的立木綠量的計(jì)算主要包括①采用的是葉面積的總量，通過大量實(shí)地測定建立了不同植株個(gè)體“綠量”的數(shù)學(xué)回歸表達(dá)式。②采用“以平面量模擬立體量”的方法，通過在彩紅外航片上分樹種逐株測算綠量的方法，對不同樹種，通過回歸分析建立冠幅和冠高的相關(guān)方程，根據(jù)冠幅求出冠高，從而求得樹木的樹冠體積。③采用“立體攝影測量”方法，即由相鄰兩航片的左右視差確定植被高度，在航片上測出該植被的面積，并判斷出植被的類型，根據(jù)一定的綠量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算三維綠量值。傳統(tǒng)的方法都存在工作量大、精度低、周期長、投資大，難以真實(shí)測定樹冠體積的缺點(diǎn)，實(shí)施起來相當(dāng)困難。且對于喬木而言，整株樹冠代表其綠量，對于稀疏樹冠，測量的精度將會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的方法在森林立木綠量計(jì)測過程中不可避免地帶來的很多麻煩，提高工作效率，本發(fā)明的目的是提供一種不規(guī)則冠形立木綠量測定方法，它克服了現(xiàn)有方法存在的上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的首先，在目標(biāo)立木的根部貼上標(biāo)靶紙，采用三維激光掃描系統(tǒng)獲得立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)； 其次，從立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提供立木樹冠，對整個(gè)立木樹冠從上到下進(jìn)行多段等距離的分割， 最上部為圓錐體，依次往下為多個(gè)圓臺(tái)；然后，依據(jù)標(biāo)靶紙將立木樹冠旋轉(zhuǎn)至東、西、南、北、 東南、西南、東北、西北八個(gè)方向，分別提出最外點(diǎn)的坐標(biāo)，并標(biāo)記點(diǎn)號(hào)，把剩余點(diǎn)剔除，運(yùn)用最小二乘法對分割的圓錐體和圓臺(tái)曲面進(jìn)行擬合，得到每一個(gè)曲面進(jìn)而獲得曲面的體積和表面積；最后，對等距離分割的圓錐體和圓臺(tái)的進(jìn)行累計(jì)求和，得到整個(gè)樹冠的體積及表面積。其中采用三維激光掃描系統(tǒng)獲得立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)方法如下首先，根據(jù)立木的位置、 相鄰程度、冠形形態(tài)安置三維激光掃描儀；其次，在需掃描的立木周圍放置參考球，清晰地分開相鄰立木；再次，在任一目標(biāo)立木的根部貼上標(biāo)靶紙，正確獲得立木的方向；然后，在每一站掃描的同時(shí)利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝，為提取數(shù)據(jù)時(shí)相鄰立木的覆蓋提供參考；最后， 所有站點(diǎn)掃描完成后，按參考球進(jìn)行擬合，提取每一立木，獲得立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)①利用三維激光掃描系統(tǒng)掃描立木，不用砍伐立木，保護(hù)了森林；②利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取立木樹冠，并對樹冠進(jìn)行多段分割，僅提取外部點(diǎn)，刪除多余點(diǎn)云數(shù)據(jù)，精度較高；③利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，得到任何形狀樹冠的立木體積，建立綠量模型，這種量測具有全方位的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式首先選擇立木，在三維掃描儀系統(tǒng)里設(shè)置好掃描角度、掃描質(zhì)量等參數(shù)，根據(jù)其立木的位置、相鄰程度、冠形形態(tài)等安置激光掃描儀，在需掃描的立木周圍放置參考球，原則上不同的掃描站之間能能夠很清晰地分開相鄰立木，并且不同站點(diǎn)之間所掃描的立木能夠完全看到三個(gè)或三個(gè)以上參考球，便于能夠很好的提取目標(biāo)立木，在任一目標(biāo)立木的根部貼上標(biāo)靶紙，是為了處理數(shù)據(jù)時(shí)正確獲得立木的方向，為后來計(jì)算冠幅提供參考依據(jù)；在每一站掃描的同時(shí)利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝，為提取數(shù)據(jù)時(shí)相鄰立木的覆蓋提供參考，所有站點(diǎn)掃描完成后，輸出數(shù)據(jù)，按參考球進(jìn)行擬合，提取每一立木，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。對從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取的整個(gè)樹冠從上到下進(jìn)行多段等距離的分割，最上部為一近似的圓錐體，依次往下為多個(gè)近似圓臺(tái)，依據(jù)標(biāo)靶紙應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法在軟件中旋轉(zhuǎn)至東、西、南、北、東南、西南、東北、西北八個(gè)方向，分別提出最外點(diǎn)的坐標(biāo)，并標(biāo)記點(diǎn)號(hào)， 把剩余點(diǎn)剔除，然后運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行曲面擬合，得到每一個(gè)曲面進(jìn)而獲得曲面的體積和表面積，最后進(jìn)行累計(jì)求和多個(gè)曲面得到整個(gè)樹冠的體積及表面積，用此方法可以推廣到冠形不規(guī)則的不同樹種的綠量模型建立。
權(quán)利要求
1.一種不規(guī)則冠形立木綠量測定方法，其特征是首先，在目標(biāo)立木的根部貼上標(biāo)靶紙，采用三維激光掃描系統(tǒng)獲得立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)；其次，從立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提供立木樹冠，對整個(gè)立木樹冠從上到下進(jìn)行多段等距離的分割，最上部為圓錐體，依次往下為多個(gè)圓臺(tái)；然后，依據(jù)標(biāo)靶紙將立木樹冠旋轉(zhuǎn)至東、西、南、北、東南、西南、東北、西北八個(gè)方向，分別提出最外點(diǎn)的坐標(biāo)，并標(biāo)記點(diǎn)號(hào)，把剩余點(diǎn)剔除，運(yùn)用最小二乘法對分割的圓錐體和圓臺(tái)曲面進(jìn)行擬合，得到每一個(gè)曲面進(jìn)而獲得曲面的體積和表面積；最后，對等距離分割的圓錐體和圓臺(tái)的進(jìn)行累計(jì)求和，得到整個(gè)樹冠的體積及表面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不規(guī)則冠形立木綠量測定方法，其特征是，其中采用三維激光掃描系統(tǒng)獲得立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)方法如下首先，根據(jù)立木的位置、相鄰程度、冠形形態(tài)安置三維激光掃描儀；其次，在需掃描的立木周圍放置參考球，清晰地分開相鄰立木；再次，在任一目標(biāo)立木的根部貼上標(biāo)靶紙，正確獲得立木的方向；然后，在每一站掃描的同時(shí)利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝，為提取數(shù)據(jù)時(shí)相鄰立木的覆蓋提供參考；最后，所有站點(diǎn)掃描完成后，按參考球進(jìn)行擬合，提取每一立木，獲得立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不規(guī)則冠形立木綠量測定方法。該方法采用三維激光掃描系統(tǒng)獲得立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過對整個(gè)立木樹冠從上到下進(jìn)行多段等距離的分割，運(yùn)用最小二乘法對分割的圓錐體和圓臺(tái)曲面進(jìn)行擬合，得到每一個(gè)曲面進(jìn)而獲得曲面的體積和表面積，最后對等距離分割的圓錐體和圓臺(tái)的進(jìn)行累計(jì)求和，得到整個(gè)樹冠的體積及表面積，大大提高了立木綠量測定精度，減少了工作量，提高了工作效率，具有全方位的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/28GK102466463SQ201010540670
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者馮仲科, 唐雪海, 王佳 申請人:北京林業(yè)大學(xué)