[发明专利]一种基于三维点云的树径矫正测量方法

说明书

本发明提供了一种基于三维点云的树径矫正测量方法，用三维激光雷达扫描数目后得到点云组成的一比一还原的处于三维直角坐标系中的树木模型。可截取高度z₁至z₂的点云数据，得到一个圆柱体点云集，如树木倾斜，上下表面皆为椭圆取上下表面的中心点并连接，可得到一条空间直线，求取此直线与轴的夹角，即为树木的倾角，通过计算树木圆柱模型上表面中与中心点距离最大的一点到中心点的距离为未矫正之前的树木直径，该数值乘以立木倾角的余弦值即为正确的树木直径。

技术领域

本发明属于非接触式树径测量技术领域，尤其涉及一种基于三维点云的树径矫正测量方法。

背景技术

在陆地生态系统中，森林系统是主体。同时，森林系统中的丰富资源也是人类所需的最重要的资源之一。能够准确快速地测量森林中单株树木的相关参数对于人类进行可持续森林管理非常重要。传统的获取森林参数的方法主要依靠实地调查。工作量大，效率低，获取参数相对单一，给后续研究带来了一定的局限性。近年来，作为一种先进的遥感技术，激光雷达技术得到了飞速发展。激光雷达可以快速、高效、准确地获取大范围点云数据，且能有效描述森林的结构等信息。由于林场中树木的生长姿态不一，有的树木会倾斜生长，测量的树木直径会有误差，由此可见，获取树木生长姿态，矫正所测树径具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明提供了一种基于三维点云的树径矫正测量方法，用三维激光雷达扫描数目后得到点云组成的一比一还原的处于三维直角坐标系中的树木模型。可截取高度z₁至z₂的点云数据，得到一个圆柱体点云集，如树木倾斜，上下表面皆为椭圆取上下表面的中心点并连接，可得到一条空间直线，求取此直线与轴的夹角，即为树木的倾角，通过计算树木圆柱模型上表面中与中心点距离最大的一点到中心点的距离为未矫正之前的树木直径，该数值乘以立木倾角的余弦值即为正确的树木直径，一种基于三维点云的树径矫正测量方法，其特征在于，包含以下步骤：

第一步，用激光雷达获取树木的三维点云，并截取高度z1至z2的点云数据，得到一个圆柱体点云集；

第二步，求取上表面圆中心点的坐标,上表面点云的坐标为(x_i,y_i,z₁)i∈ 1,2,…,m，上表面圆的中心点坐标O₁＝(x_u,y_u,z₁)，计算方式如下：

其中m代表上表面点的数量，x_i表示点的x坐标，y_i表示点的y坐标，所以 O₁＝(x_u,y_u,z₁)；

第三步，求取下表面圆中心点的坐标,下表面点云的坐标为(x_j,y_j,z₂)j∈ 1,2,…,n；下表面圆的中心点坐标O₂＝(x_d,y_d,z₂),计算方式如下：

其中n代表下表面点的数量，x_j表示点的x坐标，y_j表示点的y坐标，所以 O₂＝(x_d,y_d,z₂)；

第四步，将上下表面中心点相连得到空间直线a,求取直线与Z轴的夹角即为树木的倾角，上下表面中心点连接线的方向向量与 z轴的夹角，计算方式如下：

其中，θ为树木倾角；