三维激光扫描技术在提高林木产量方面的应用

三维激光扫描技术作为一种高效科技,在森林资源调查、林分结构研究、单木三维建模等方面有着巨大的应用潜力。通过三维激光扫描仪获取单株立木空间点云数据,利用软件自动建模分析功能,可直接量测立木树高、胸径、树冠面积和位置等信息,生成林木收获报表,以确定不同区域内林木收割的时间,最大限度降低因为收割时间带来的损失,从而开创了该项技术在林业领域的新应用。     

基于地面激光雷达点云数据的单木三维建模综述

对利用野外树木激光扫描获取的海量点云数据来提取树木几何与拓扑特征并以此来构建树木三维模型的方法进行综述.在总结基于激光点云的树木建模基本原理和步骤的基础上,围绕单树点云数据的分割、树枝骨架的提取与优化、单木模型的表面重建等主要过程,对各种具体实现技术或方法进行分类、分析和评价,最后对生成的树木模型的精度和未来的技术发展趋势进行简要分析.     

基于三维激光扫描的树冠体积计算方法研究

指出了由于树冠形状不规则,树冠体积难以被准确测算,传统的估算树冠体积的方法是将树冠近似为规则的几何体,所获得的树冠体积往往具有较大偏差。使用三维激光扫描仪,建立树木的三维模型,提取树冠点云数据,并提出了一种分层计算方法测算体积,使用MATLAB将树冠点云数据导入后得出树冠体积,结果表明:该方法降低了树冠近似几何体模拟带来的误差,并简化了计算方法,适用于用三维激光获取的树冠点云数据计算。     

基于地面三维激光扫描技术的林木胸径提取算法分析

胸径是树木最重要的测树因子之一,其精度直接影响材积的测定。传统的树木胸径测量效率低,范围较小;采用遥感反演间接测量胸径,精度较低,且不能直接获取单木的点云数据。本文利用三维激光扫描技术提取立木的3D点云数据,提出一种自动、高效提取单木胸径的算法。利用三维激光扫描仪对样地8棵杨树进行扫描,得到三维点云数据;同时,开展数据分割、精简、降噪处理,得到简化后的点云数据,最后对提取的胸径点云数据进行分层设置,将截取层厚度设置为0,0~1,1~2,2~3 cm 4个等级,利用快速凸包算法将点云数据闭合成一个多边形,运用Arc Engine控件调用Arc GIS中测算多边形长度的方法计算闭合平面周长,换算出立木胸径值,并结合同步实测数据与传统算法、拟合圆算法进行对比试验。结果表明:采用传统算法、拟合圆算法和快速凸包算法的模型决定系数R2分别为0.857、0.941和0.957,说明运用快速凸包算法提取立木胸径是一种高效且比较可行的方法。     

基于点云数据的阔叶树叶片重建研究

三维激光扫描仪因为获取数据速度快和精度高、对植物没有破坏性等优势,受到林业工作者广泛采用,但由于树木的形态结构极其复杂,在扫描中存在遮挡和风吹扰动等情况,造成扫描获取的树叶点云数据的失真。本文提出了一种新的阔叶树叶面重建方法。首先将激光扫描仪获取的散乱点云数据集合,采用多项式拟合的方法得到精确的树叶边界线,根据分而治之三角面片算法进行曲面拟合,拟合的叶面进行三角面片重建,得到真实叶片模拟图像。     

三维激光技术在建筑物重建与恢复工作中的应用研究

根据建筑业的技术需求,特别是建筑物的恢复与重建,结合现代扫描科技的发展,提出了利用三维激光扫描技术进行建筑物数据的获取思路,经过实践研究,预见了三维激光扫描技术在今后的应用前景。     

基于地面三维激光扫描技术的单木胸径树高提取精度研究

利用地面三维激光扫描仪提取单木参数,已经成为林业测量领域的研究热点,尤其在编制林业数表方面极具应用前景。基于地面三维激光扫描仪采集19株柏木和17株马尾松样本数据,提取单木胸径和树高两个主要测树因子,并与实际数据进行对比分析,结果表明:胸径因子采用凸包算法提取精度更高,相对误差为1.18%;树高测量精度较高,平均相对误差为-1.66%;基于地面三维激光扫描技术提取单木胸径和树高,完全满足调查精度要求,可以广泛应用于森林资源调查,以及单木及林分不同尺度数表编制等方面。     

基于移动最小二乘法的点云叶面三维重建

利用地面激光扫描仪获取户外树木的大量点云数据,从中截取树叶点云数据并以此进行曲面拟合,构建树叶真实的三维模型。主要针对空间散乱点云数据的曲面拟合方法进行研究,并利用Delaunay三角剖分构建树叶三维模型。在移动最小二乘法的二维曲面拟合方法基础上,针对空间散乱点云数据,提出了新的曲面拟合方法。通过移动最小二乘法对点云数据曲面拟合,得到了理想的效果后再利用三角剖分重建叶面三维模型。     

三维激光扫描技术在地表沉陷监测中的应用

三维激光扫描测量技术已成为空间数据获取的一种重要技术手段,同传统的测量手段相比,三维激光扫描测量技术不需要合作目标,可以自动、连续、快速地采集数据。文章在论述三维激光扫描系统工作原理的基础上,对永定庄煤业公司开采沉陷区进行三维激光扫描监测,建立了塌陷区三维重建模型、并进一步提取了三维观测站主断面方向上三维坐标,取得了预期的效果。     

地面三维激光扫描技术在林业中的应用与展望

以地面三维激光扫描技术的测量原理、技术特征为切入点, 重点论述了该技术在国内外林业领域的应用现状、不足及前景。与传统研究手段相比, 地面三维激光扫描技术在测树效率、三维建模、模型化精度等方面具有较大的优势, 显示出更广阔的应用前景。     

基于点云数据的测树因子提取与分析研究

利用三维激光扫描仪对树木进行扫描获取树点云数据,经过格式转换、分离、提取后,对树木各测量因子包括胸径、树高、树冠、材积量进行测定,并对测量方法进行分析与讨论。结果表明:树冠测定因子可以由于测量技术的提高,测定树冠的叶面积指数更能反映树冠的生理学意义;通过不规整三角网构建的多面体的计算的树干体积较平均断面积、中央断面积求树干材积更准确与便捷。     

基于雷达波的树木躯干内部缺陷探测识别

【目的】采用探地雷达对木质体内部缺陷进行断层扫描探测,研究基于雷达波的树木内部层面反射特征识别算法,为雷达波无损测试技术在树木内部结构和缺陷的解析、定位及分布表征提供理论依据。【方法】采用900 MHz介质耦合树木雷达对柳木试件进行断层扫描,研究实现阈值法、匹配滤波器法和希尔伯特积算法获取缺陷层面的反射位置,基于层剥反演法对树木内部不同介质进行介电常数反演,求得层位的相对深度,结合三维激光扫描仪获取的树木外形轮廓点云数据,根据轮廓追踪法将雷达波B扫描图像与断层轮廓绝对位置进行映射,实现对树木内部缺陷的准确定位和表征。对3种算法分别使用FDTD正演方法进行对比验证,并应用于颐和园古柳木试件试验测试中。【结果】正演对比测试结果表明,希尔伯特积算法相较于阈值法和匹配滤波器法,对木质体内部缺陷识别效果更好。柳木试验测试结果显示,树木内部缺陷深度误差为10%,结合三维激光和外轮廓扫描技术求得的缺陷部分面积误差在5%左右。【结论】本研究提出的算法可以实现雷达波扫描图像对树木内部缺陷的准确定位和分布成像。     

基于SketchUp和ArcGIS的校园树木三维可视化

通过外业测量获得数据并用AutoCAD绘制校园地形图及树木点图,对校园所有树木进行拍照和属性调查,利用SketchUp软件的建模技术,以DEM数据可视化时得到的三维地形模型为基础,对北京林业大学校园树木进行了三维建模仿真,实现树木三维可视化,并结合地理信息系统管理平台同步树木属性信息查询,实现了树木高效真实的可视化效果.     

基于移动激光扫描系统的城市林木提取

传统的城市树木特征提取方法通常为实地调查法,耗时耗力且成本高。采用车载移动激光扫描系统,可获取三维地理坐标与高密度、高精度的点云。利用移动激光扫描系统MLS可以对城市树木进行提取。工作流程由三部分组成。先进行地面点的去除处理,再通过欧氏距离聚类对地物进行分类,最后利用归一化分割提取树木。结果表明,城市公路的树木提取率可达90%,表明该方法实用有效,值得推广应用。     

基于无棱镜全站仪的树冠体积算法

树冠体积是树木生物量计算中非常重要的参数。在此,介绍了一套基于无棱镜全站仪的树木树冠体积测量和计算方法。首先,在树木周围布设控制点,并用GPS测定控制点坐标。其次,根据树木的生长情况将树冠分层,每层根据树冠伸展情况和凹凸变化选择特征点施测。再次,将所测各层的特征点,在各自层内两两相连,构成弧段面。然后,由下至上,相邻弧段分别进行内插点操作,以保证上下两弧段的点数目相同,将上下弧段的点一一对应相连,以构成多面体,进而建立树冠模型,利用积分算法计算树冠的体积。最后,选取了7棵不同冠形的样本树,比较了传统方法、无棱镜全站仪、三维激光扫描仪所测树冠体积。结果表明,全站仪所测体积的精度大大高于传统方法;与三维激光扫描仪相比,大体上有10%~20%的误差。考虑到,无棱镜全站仪野外工作环境要求和造价都远低于三维激光扫描仪,因此,本文的方法具有较强的实践意义和应用价值。     

航拍影像与点云数据在矿区生态修复中的应用

由于矿业开发强度高和规模大,以及在开矿过程里不注意维护好矿区的生态,目前矿区的生态维护承受着十分庞大的压力。为更好地对矿区进行生态修复,首先,本研究介绍矿区修复的基本内容及其效益,通过无人机像和三维激光扫描仪技术获取的航拍影像图和激光点云数据,阐述航拍影像与点云数据的获取流程和处理方式,将矿区生态修复采集的数据从二维拓展到三维;以矿区待修复区的测量分析和已修复区林地细化调查为案例,在Arc GIS、南方CASS、FAROscene和GEOmagic等软件支持下,得矿区各类专题图和建立三维场景模型,为矿区生态修复提供技术和成果支撑。应用结果表明,航拍影像与点云数据在矿区生态修复中的应用,成效明显。     

能显示三维图像的激光仪

英国研究人员研制出一种高分辨激光扫描仪,可获取肿瘤内部变形血管的三维图像。这种扫描仪可以向肿瘤发射短脉冲近红外激光,利用激光"拨动"细胞,使它们发出超声波,然后这种超声波被记录下来,用于     

倾斜摄影与激光扫描技术结合的3D森林景观建模

随着数字林业和精准林业建设的推进,利用三维可视化技术辅助森林管理的需求越发突出,然而3D森林景观建模与建筑物建模相比具有冠层起伏频繁、形状不规则、光线条件复杂、纹理重复度高、像对间存在非刚体性变化等特点,直接采用普通建模方法构建的三维模型效果不理想。本研究实践了一种无人机倾斜摄影系统与背包式三维激光扫描系统相结合的森林景观三维场景建模方法,讨论了数据获取原理、点云配准方法及数据处理流程,并在潭柘寺森林景区进行实验,验证方法的有效性。结果表明,两种点云配准的整体误差小于2.37 mm,能够满足森林景观三维场景建模的精度要求。该方法不仅能省去倾斜摄影的外业控制点采集过程,还实现了两种技术的优势互补,降低了森林景观三维建模的成本,提高了建模效率,对森林精准计测及精细化管理具有一定实践意义。     

三维激光扫描系统在测树中的应用

阐述了三维激光扫描系统的原理,并对激光扫描系统在测树中的应用作了初步分析.通过与传统测树方法进行比较可知,在测树效率、三维建模、模型化精度以及数据处理等方面,三维激光扫描系统都具有较大的优越性.     

基于地面激光雷达的单木枝干建模方法

基于激光点云数据的高精度活立木建模技术在林业无损测量中受到越来越多的重视,由于树木形态多样且拓扑结构复杂,因此传统的建模方法在针对活立木的建模上效果并不理想。笔者提出了一种针对地面激光雷达点云数据的活立木枝干三维建模方法。首先将采集到的树木点云进行枝叶分离,从原始活立木数据中分割出树叶点云;然后对枝干点云构建基于Laplace算子的加权矩阵,迭代收缩地进行骨架提取,得到枝干的骨架并保留;其次结合改进的随机Hough变换计算树枝的半径;最后运用广义圆柱体围绕枝干骨架绘制树枝几何结构,最终完成三维重建。该方法能直接对活立木枝干进行建模,无需手工交互,对立木无任何影响。通过在校园内采集到的4株活立木进行试验验证,结果表明该算法重建结果精度较高,并能很好地保持植株的细节特征。