[发明专利]一种基于多回波LiDAR的树冠总叶面积测量方法

权利要求书

1.一种基于多回波LiDAR的树冠总叶面积测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、将激光雷达装载在移动车辆上，移动车辆经过待测树木，采用激光扫描传感器获取树木的多回波点云数据，包括两次回波的距离r₁、r₂，回波的强度I₁、I₂和角度θ；

S2、对于扫描得到的多回波点云数据，基于激光雷达的起始位置建立三维坐标系，判断多回波点云数据的三维坐标是否属于感兴趣区域，筛选出待测树木的树冠点云数据；

S3、根据筛选出的树冠点云数据，将树冠点云数据分为三类，计算各类树冠点云数据所对应的格网面积，累加获取总格网面积；

S4、将待测树木的总格网面积，带入线性回归模型得到总叶面积。

2.根据权利要求1所述的基于多回波LiDAR的树冠总叶面积测量方法，其特征在于，步骤S1中，激光雷达扫描的角度范围是-135°至135°，扫描获取二维剖面即扫描线，扫描面与激光雷达的直线移动轨迹垂直，扫描分辨率为Δθ。

3.根据权利要求1所述的基于多回波LiDAR的树冠总叶面积测量方法，其特征在于，步骤S1中，移动车辆的移动速度小于移动速度最大值v_max；移动车辆与待测树木之间的测量距离小于扫描距离最大值d_max。v_max为3.0m/s，d_max为5m。

4.根据权利要求1所述的基于多回波LiDAR的树冠总叶面积测量方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：

S2-1、以激光雷达初始位置为坐标原点O，建立直角坐标系O-xyz，x轴方向为激光雷达随车辆的运动方向，y轴方向为激光雷达扫描深度方向，z轴方向为被扫描目标与地面垂直的高度方向；根据下述公式将多回波点云数据转化到三维坐标系中：

其中，j表示该点云的测量点帧序号，i表示帧内序号，v表示激光雷达即移动车辆的移动速度，Δt表示激光雷达的扫描周期，r_n(i，j)表示第j帧中第i个位置第n次回波的距离，n＝1、2，θ(i)表示每一帧第i个位置的点云对应的弧度，x_n(i，j)表示第j帧中第i个位置第n次回波的x轴坐标，y_n(i，j)表示第j帧中第i个位置第n次回波的y轴坐标，z_n(i，j)表示第j帧中第i个位置第n次回波的z轴坐标；

S2-2、对于建立好的三维坐标系，根据x轴、y轴和z轴的感兴趣区域范围ROI，采用下述公式判断第j帧中第i个位置是否为树冠点云位置：如果满足则记为树冠点云数据；

其中，x_min和x_max为x轴的范围，y_min和y_max为y轴的范围，z_min和z_max为z轴的范围。

5.根据权利要求4所述的基于多回波LiDAR的树冠总叶面积测量方法，其特征在于，x_min为0，x_max是树冠的横向宽度的1～1.1倍，y_min是树冠外缘到车载二维激光扫描传感器的最小深度距离的1～1.1倍，y_max是树冠到传感器的最大深度距离的1～1.1倍，z_min绝对值是树冠底部与传感器在垂直方向上的距离的1～1.1倍，z_min为负值，z_max是树冠顶部与传感器在垂直方向上的距离的1～1.1倍。