[发明专利]基于地基激光雷达技术林木胸径值提取的方法

说明书

本发明适用于林业工程技术领域，提供了基于地基激光雷达技术林木胸径值提取的方法，其中，所述基于地基激光雷达技术林木胸径值提取的方法包括：获取地基雷达林地点云数据；对所述地基雷达林地点云数据进行点云高程化处理，提取胸径切片点；根据改进k均值聚类对所述胸径切片点进行切割处理，提取单木胸径切片点；对所述单木胸径切片点进行椭圆拟合处理，获得胸径值提取结果。本发明通过改进后的k均值聚类能快速的实现林木胸径点批量化提取，无需林木数目、样地大小等先验知识，具有自动化程度高，抗噪性强的优势，对研究地基激光雷达在林业资源调查及生产管理应用具有一定的实际应用参考价值。

技术领域

本发明属于林业工程技术领域，尤其涉及一种基于地基激光雷达技术林木胸径值提取的方法。

背景技术

胸径是指距离根茎1.3m处的树干截面直径，是评价林木生长状态的重要参数之一，其准确提取对研究森林生物量估计、林业资源监测及动态管理等具有重要意义。传统的胸径测量方法主要采用胸径尺或检径尺人工实地接触式测量，该方法操作简单，但存在作业时间长、劳动强度大等不足，不能满足现代林业信息化、智能化发展要求。在传感器和国家需求的双重驱动下，高分辨率精细遥感技术得到了快速的发展，涌现了基于无人机摄影测量、机载激光雷达、地基激光雷达等多遥感技术的森林参数反演方法，其中地面激光雷达技术采用非接触式高速激光测量方法，在不损伤树木的前提下直接获取林下空间高精度、高密度的三维空间和反射强度信息—点云数据，具有其他遥感技术无法比拟的优势，为森林资源调查和林业研究提供了全新的数据获取手段，已成为林木参数快速提取研究的热点。

目前，针对地基激光雷达点云数据林木胸径提取，国内外学者开展了大量研究，可概括为3个步骤：①胸径切片提取。即从庞大的样地点云数据集中分离得到林木1.3m处一定厚度点云。②切片点云分割。单木胸径切片点云是胸径值计算最小单元，步骤①提取得到的点云包含多个单木胸径切片共存现象，切片点云分割就是将相同林木胸径点聚为一个集合，不同林木胸径点彼此分开，为后续胸径值计算做准备。③胸径值估算。以圆或者椭圆为胸径截面模型，通过求解模型参数(半径R/或长短半轴/a,b)，从而得到胸径值估算结果。较比于步骤①③，切片点云分割研究相对较为薄弱，主要存在以下两个方面的不足：①存在人为干预，自动化程度有待提高。通常需要林木数等样地调查先验知识，降低了胸径提取过程的自动化程度。②单木胸径点提取精度不高。分割处理后的单木胸径切片点云还存在噪声点，这些噪声点离胸径点距离很近，常规方法很难去除，其将作为有效样本点参与胸径值估算，严重影响胸径提取结果。

由此可见，现有的林木胸径提取方法存在胸径切片分割精度低、自动化程度不高的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于地基激光雷达技术林木胸径值提取的方法，旨在解决现有的林木胸径提取方法存在胸径切片分割精度低、自动化程度不高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于地基激光雷达技术林木胸径值提取的方法，包括：

获取地基雷达林地点云数据；

对所述地基雷达林地点云数据进行点云高程化处理，提取胸径切片点；

根据改进k均值聚类对所述胸径切片点进行切割处理，提取单木胸径切片点；

对所述单木胸径切片点进行椭圆拟合处理，获得胸径值提取结果。

本发明实施例的另一目的在于一种基于地基激光雷达技术林木胸径值提取的装置，包括：

林地点云数据获取单元，用于获取地基雷达林地点云数据；

胸径切片点提取单元，用于对所述地基雷达林地点云数据进行点云高程化处理，提取胸径切片点；

单木胸径切片点提取单元，用于根据改进k均值聚类对所述胸径切片点进行切割处理，提取单木胸径切片点；以及