基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115753488A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211420544.4(22)申请日2022.11.10(71)申请人福州大学地址362251福建省泉州市晋江市金井镇水城路1号(72)发明人黄发明朱骏林杰(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100专利代理师陈明鑫蔡学俊(51)Int.Cl.G01N5/04(2006.01)G01N21/25(2006.01)G06F17/10(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法(57)摘要本发明涉及一种基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法。包括：步骤1、选取沙滩样地，利用三维激光扫描仪获取沙滩的点云数据；步骤2、对获取的点云数据进行预处理，构建点云强度入射角、距离效应的改正模型；步骤3、进行室内扫描实验，对不同含水率沙样的点云强度进行标定，拟合出点云强度与含水率的函数，构建含水率反演模型，最终得到沙滩表层含水率反演结果。本发明利用三维激光扫描仪获取到的点云强度信息，构建了沙滩表层含水率反演模型，降低了沙滩表层含水率的监测难度，提高了监测效率与精度。CN115753488ACN115753488A权利要求书1/2页1.一种基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、选取沙滩样地，在样地中心利用三维激光扫描仪获取沙滩点云数据；步骤2、对获取的沙滩点云数据进行预处理，构建点云强度入射角、距离效应的改正模型；步骤3、进行室内扫描实验，对不同含水率沙样的点云强度进行标定，拟合出点云强度——含水率函数，构建含水率反演模型，最终得到沙滩表层含水率反演结果。2.根据权利要求1所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤2具体包括如下过程：A01、对沙滩点云数据进行滤波去噪处理，以三维激光扫描仪位置为起点，裁剪出一块矩形区域；A02、忽略包括大气衰减的次要因素，仅考虑入射角和距离因素对点云强度的影响，将点云强度表示为：I＝f(ρ)·f(θ,d)其中，I为原始点云强度值，f(ρ)代表目标反射率函数，f(θ,d)代表入射角θ和距离d的函数；A03、计算矩形区域的点云数据中，每个点的入射角θ与到三维激光扫描仪原点的距离d；A04、利用Levenberg‑Marquardt方法对f(θ,d)进行拟合，建立拟合函数模型，对点云强度进行改正。3.根据权利要求2所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤A03中，每个点的入射角θ与到三维激光扫描仪原点的距离d的计算公式如下：式中，S(x,y,z)为点云空间三维坐标，O(x0,y0,z0)为三维激光扫描仪原点坐标，为点云法向量，为激光入射角向量。4.根据权利要求2所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤A04中，对点云强度进行改正的公式如下：式中，Is为改正后的点云强度值，θs为参考角度，ds为参考距离。5.根据权利要求1所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤3具体包括如下过程：B01、在实验室内用无封口塑料盒配制出饱和含水率的沙样，使用三维激光扫描仪对沙样进行扫描；B02、将沙样放入温度为80℃的烘干箱中进行烘干，期间每隔10分钟取出沙样进行扫描、称重，直至沙样的质量不再发生变化，计算各时间沙样的含水率；2CN115753488A权利要求书2/2页B03、将获取各时间段沙样的点云强度通过步骤2进行改正，选定参考角度θs为45°，参考距离ds为10m；B04、计算改正后点云强度的平均值作为该含水率沙样的点云强度；B05、拟合点云强度——含水率的函数模型，利用最小二乘法计算拟合参数；B06、将步骤1获取的全部沙滩点云数据进行滤波去噪后，按步骤2进行点云强度改正，把到改正后的强度数据带入函数模型进行计算，获取沙滩表层含水率的反演结果。6.根据权利要求5所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤B02中，含水率计算公式如下：式中，w为沙样的含水率，m1为盒重，m2为盒与湿样的重量，m3为盒与干样的重量。7.根据权利要求5所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤B05中，拟合公式如下：式中，wmax为沙样最大含水率，wmin为沙样最小含水率，Is为沙样改正后的点云强度，a、b为待定拟合参数。3CN115753488A说明书1/5页基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法技术领域[0001]本发明属于海岸带环境监测领域，具体涉及一种基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法。背景技术[0002]沙滩表层含水率被认为是海岸风沙运动的关键因素，对于研究海岸风沙运动问题至关重要。但由于海滩地