基于球坐标积分的地基激光点云单木树冠体积提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于球坐标积分的地基激光点云单木树冠体积提取方法，属于林业工程技术领域。首先采用可视化最佳阈值选择策略的点云分割方法提取树冠点云，提高了树冠点提取和可操作性；然后将树冠点由三维点云空间投影至三维球坐标空间，创新性地提出了新的树冠形态精细描述方式；最后把树冠切割为若干四棱锥形微元体并积分实现树冠体积提取，提高了提取的精度和普适性。该方法提供了完整的基于地基激光点云单木树冠体积提取技术流程，有助于提高林业生产经营的自动化和智能化水平，对林木三维形态模拟、森林资源调查、地上生物量估算等林业科学研究及林业生产具有重要的理论意义和工程应用参考价值。义和工程应用参考价值。义和工程应用参考价值。

【技术实现步骤摘要】
基于球坐标积分的地基激光点云单木树冠体积提取方法


[0001]本专利技术属于林业工程
，具体涉及一种基于球坐标积分的地基激光点云单木树冠体积提取方法。

技术介绍

[0002]实时、准确地提取林木结构参数是了解陆地碳储量及生态系统健康诊断的关键，其中树冠体积表达了林木冠层所占空间几何体积大小，其值能综合反映树木群体间的竞争程度及林木光合作用强度，是林木三维形态模拟、森林资源调查、地表生物量估算等地表生态监测研究的重要因子。传统的单木树冠体积测量方法主要采用钢卷尺、测高仪等量测工具，通过人工获取冠幅、冠高并根据特定树种的经验模型计算树冠体积，但该方法技术粗放且测量精度受限于人为因素及林木冠层形态，无法满足林木参数提取的准确性和高效性要求。地基激光雷达测量技术(Li ght Detect i ng And Rangi ng，LiDAR)采用非接触激光测量方式，快速获取高精度、高密度的林木三维空间结构信息
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点云数据，具有扫描速度快、自动化程度高的优势，为林木树冠体积提取开辟了新的技术手段，因此开展基于激光点云数据的单木树冠体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于球坐标积分的地基激光点云单木树冠体积提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，获取单体树木地基激光点云数据；步骤(2)，对所述单体树木地基激光点云进行高程信息统计，采用可视化最佳阈值高程分割提取单体树木树冠点；步骤(3)，将所述单体树木树冠点由三维点云空间映射至三维球坐标空间，并确定积分微元体计算模型；步骤(4)，在三维球坐标空间中，以所述微元体模型为积分函数、水平角和竖直角范围为积分区间，采用积分法获得单体树木树冠体积估算结果。2.根据权利要求1所述的基于球坐标积分的地基激光点云单木树冠体积提取方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：以单体树木为中心，周围均匀布设3个地基激光扫描测站，并在3个地基激光扫描测站的通视处安装球形靶标；利用球形靶标，将3个不同地基激光扫描测站的激光点云数据进行配准，获取完整的单体树木激光点云数据。3.根据权利要求1所述的基于球坐标积分的地基激光点云单木树冠体积提取方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：根据单体树木激光点云高程值分布，绘制高程
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点数统计曲线，将统计曲线的拐点对应的高程值设置为最佳阈值；利用所述最佳阈值对点云进行分割，实现激光点云单体树木树冠提取，其中单体树木点云高程值大于或等于最佳阈值的点分割为树冠点，单体树木点云高程值小于最佳阈值的点分割为树干点。4.根据权利要求1所述的基于球坐标积分的地基激光点云单木树冠体积提取方法，其特征在于，步骤(3)具体包括：建立三维空间球坐标系：取树冠重心点为三维空间球坐标系的原点O，树冠点P与原点O连线的空间欧式距离为球半径R,OP连线在水平面投影与X轴正向夹角为水平角θ，规定顺时针为正，则θ∈[0，2π]，OP连线在铅垂面投影与Z轴正向夹角为竖直角则点云投影变换：根据空间几何关系，单体树木树冠点由三维点云空间至三维球坐标空间的投影变换模型为：其中(x
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【专利技术属性】
技术研发人员：麻卫峰，吴小东，王冲，闻平，吴弦骏，王莹，曹磊，罗军尧，朱琪，付航，
申请(专利权)人：中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：