一种基于激光点云数据的树干材积获取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106931883A(43)申请公布日2017.07.07(21)申请号201710200101.7(22)申请日2017.03.30(71)申请人信阳师范学院地址464000河南省信阳市长安路237号(72)发明人尤磊宋新宇冯岩郭颂李小可(74)专利代理机构河南大象律师事务所41129代理人尹周(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于激光点云数据的树干材积获取方法(57)摘要本发明公开提供了一种基于激光点云数据的树干材积获取方法，包括：步骤1，对树干点云垂直分段；步骤2，逐一计算各个垂直分段的体积；步骤3，计算所有垂直分段体积的累加和。本发明在获取树干断面轮廓的基础上，通过准确计算树干断面的断面积来准确计算树干每段的树干材积，具有较高的精确性，并为准确提取树干生物量、碳储量与树干量材优化等提供基础数据。CN106931883ACN106931883A权利要求书1/3页1.一种基于激光点云数据的树干材积获取方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，对树干点云垂直分段；步骤2，逐一计算各个垂直分段的体积；步骤3，计算所有垂直分段体积的累加和。2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云数据的树干材积获取方法，其特征在于：所述步骤1，对树干点云垂直分段，包括：以高度为标准，计算树干点云中的最低点plowest，其中zlowest为最低点plowest的高度值，并以所述最低点plowest为基础计算树干的高度；构建平面π0与π1，其方程分别为z＝zlowest与z＝zlowest+thickness，其中thickness是每一个垂直分段的高度值；则位于平面π0与π1间的点云形成树干点云的一个垂直分段Q0；继续向上构建平面π2，其方程为z＝zlowest+thickness*2，则位于平面π1与π2间的树干点云形成另一个垂直分段Q1；则，平面πi的方程可表示为z＝zlowest+thickness*i，位于平面πi与πi+1间的树干点云形成点云垂直分段Qi；其中，平面πi与平面πi+1分别称为垂直分段Qi的下平面与上平面；按照上述垂直分段的构建方法直至树梢部位得到若干个树干点云的垂直分段。3.根据权利要求2所述的一种基于激光点云数据的树干材积获取方法，其特征在于：所述步骤2，逐一计算各个垂直分段的体积，包括：计算垂直分段在下平面的投影点集；计算垂直分段的断面轮廓点；构建断面轮廓曲线并计算树干断面的断面积；计算垂直分段的体积。4.根据权利要求3所述的一种基于激光点云数据的树干材积获取方法，其特征在于：所述计算垂直分段在下平面的投影点集，包括：计算垂直分段Qi在其下平面的投影点集Qi′；将垂直分段Qi中的树干点云投影至垂直分段Qi的下平面πi得到一个平面点集Qi′；计算平面点集Qi′的凸包多边形的质心点作为平面点集Qi′的几何中心点ci。5.根据权利要求4所述的一种基于激光点云数据的树干材积获取方法，其特征在于：所述计算垂直分段的断面轮廓点，包括：设点pm为垂直分段Qi中的一个点，pm′表示点pm在垂直分段Qi下平面的投影，则几何中心点ci与投影点pm′构成的向量与X轴的夹角可表示为：根据角度分区的角度值θ，将平面点集Qi′中的点分为个角度分区，每个角度分区Qij中的点可表示为：计算每一个角度分区Qij中点的重心点，所述重心点为所述角度分区中所有点的几何平均值；并将所述重心点作为所述角度分区的轮廓点，由此得到垂直分段Qi的个轮廓点。6.根据权利要求5所述的一种基于激光点云数据的树干材积获取方法，其特征在于：构建断面轮廓曲线并计算树干断面的断面积，包括：设垂直分段Qi的断面轮廓点集合用Rprofile2CN106931883A权利要求书2/3页表示，首先采用非有理三次B样条曲线构建一条插值于点集Rprofile的闭合曲线，所述闭合曲线即为断面轮廓曲线；断面轮廓曲线所围区域的面积即为树干断面的断面积。7.根据权利要求6所述的一种基于激光点云数据的树干材积获取方法，其特征在于：构建断面轮廓曲线并计算树干断面的断面积，包括：将Rprofile首部的3个点依次加入到Rprofile的尾部同时也将尾部的3个点依次加入到Rprofile的首部，构成插值点R＝{Rk},k＝0,1,...,n；使用弦长参数法计算插值点R的节点参数值令d为总弦长，节点参数值定义为：根据节点参数值使用平均值法计算节点向量U＝{u0,u0,...,um}，有其中，p＝3表示样条曲线的次数，n＝|R|表示插值点的个数，m＝n+p-1；采用全局曲线插值的方法求解非有理三次B样条曲线的控制点，得到系数矩阵为(n+1)×(n+1)的线性方程