一种基于树干曲面模型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CN106839987A(43)申请公布日2017.06.13(21)申请号201710200068.8(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)发明人尤磊李小可宋新宇冯岩郭颂(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7页附图2页(54)发明名称一种基于树干曲面模型的树干材积获取方法(57)摘要本发明公开提供了一种基于树干曲面模型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，逐一对各个垂直分段进行角度分区并计算角度分区的轮廓点；步骤3，修复角度分区缺失的轮廓点；步骤4，构建树干的曲面模型；步骤5，根据树干的曲面模型计算树干材积。本发明通过垂直分段与角度分区得到树干精确的轮廓点，建立在树干轮廓点上的树干曲面模型能真实地反映树干的凸凹不平、弯曲的连续性变化过程，能真实地反映树干的表面轮廓，且在计算树干材积时不受分段高度的限制，为准确提取树干生物量、碳储量与树干量材优化提供基础数据。CN106839987ACN106839987A权利要求书1/3页1.一种基于树干曲面模型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，逐一对各个垂直分段进行角度分区并计算角度分区的轮廓点；步骤3，修复角度分区缺失的轮廓点；步骤4，构建树干的曲面模型；步骤5，根据树干的曲面模型计算树干材积。2.根据权利要求1所述的一种基于树干曲面模型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的高度值即最低点的Z轴坐标，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，则位于π0与π1间的树干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；根据此规则，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n个树木点云的垂直分段。3.根据权利要求2所述的一种基于树干曲面模型的树干材积获取方法，其特征在于：所述步骤2，逐一对各个垂直分段进行角度分区并计算角度分区的轮廓点，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；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m＝[360/θ]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，所述重心点为该角度分区中所有点的几何平均值，并将所述重心点作为该角度分区的轮廓点，当垂直分段Qi中每一个角度分区都有点云时得到垂直分段Qi的m个轮廓点。4.根据权利要求3所述的一种基于树干曲面模型的树干材积获取方法，其特征在于：所述步骤3，修复角度分区缺失的轮廓点，包括两个子步骤：(1)修复第一个垂直分段和最后一个垂直分段缺失的轮廓点；(2)修复其它垂直分段缺失的轮廓点；(1)修复第一个垂直分段和最后一个垂直分段缺失的轮廓点，包括：修复第一个垂直分段Q0中缺失的轮廓点：检查垂直分段Q0的轮廓点个数是否等于m，如果等于则表明垂直分段Q0轮廓点完整，无需修复；若小于则表明垂直分段Q0需要进行轮廓点修复；具体修复方法为：以垂直分段Q0现有的轮廓点为插值点采用三次B样条插值方法构建一条闭合的连续曲线；在闭合的连续曲线上均匀地取36000个点，并使用角度分区的角度值与2CN106839987A权利要求书2/3页该垂直分段的几何中心点对这些点进行角度分区；设垂直分段Q0需要修复的角度分区索引号为k，则闭合连续曲线的第k个角度分区中的中心位置处的点作为垂直分段Q0中第k个角度分区的轮廓点，从而第k个角度分区的轮廓点得以修复；根据上述修复第一个垂直分段Q0角度分区的缺失轮廓点的方法修复最后一个垂直分段Qn-1中角度分区缺失的轮廓点；(2)修复其它垂直分段缺失的轮