手持式测树枪量测树冠体积方法研究

为实现单木树冠体积的精准测量,文章介绍了一种手持式测树枪量测树冠体积的方法。在被测树周围布设测站点,以一定的顺序获取各测站点正对树冠边缘点位坐标,通过等高线内插法分层,以构成多面体,利用积分算法求算树冠的体积。将电子测树枪所测结果与传统方法、无棱镜全站仪以及三维激光扫描仪所测结果进行对比分析。结果表明,测树枪所测精度与等高距呈线性关系,测树枪所测精度远高于传统方法,略低于无棱镜全站仪,低于三维激光扫描仪的精度,满足林业调查精度要求,可以在林业行业中推广使用。     

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Lidar的树冠体积和表面积测量方法研究

树冠体积和表面积是树木生物量计算中非常重要的参数。本研究的目的在于找出一套基于地面三维激光扫描系统的树木树冠体积和表面积的高精度测量和计算方法。研究方法如下:首先,介绍了该方法的外业作业流程,主要有控制点布设、控制靶标布设、控制点和靶标的坐标测量、设站、扫描等。其次,描述了内业数据处理流程,包括点云数据的配准、以1 cm为间隔分割点云、点云层表面点的筛选、内部点的剔除、分层构面等。然后,基于点云分层所构多边形,求算树冠体积和表面积。最后,以广州大学校园内的8颗样本树为例,将计算结果与前人的研究结果进行了比较分析。研究结果表明,使用本研究方法所测得的树冠体积和表面积计算结果更为合理、精度也更高。因此,本方法实现了高效、无损、精确的获取树冠的体积和表面积,具有较强的实践意义和应用价值。     

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。     

激光扫描仪结合GPS/IMU在地面三维形状测量中的应用

阐述了开发使用比全站仪更为灵活的车载GPS/IMU(全球定位系统/惯性导航系统)结合地面型三维激光扫描仪,在地面三维形状测量的应用,并就系统构成,数据解析、检证、量测精度等进行了探讨。     

基于三维激光扫描技术的树木建模研究

激光扫描技术的发展为获取空间信息提供了全新的技术途径,使人们从传统的手工获取变为连续自动的获取批量数据。本研究从树木三维建模的角度出发,以FARO LaserScanner Photon三维激光扫描仪为数据获取平台,结合三维激光扫描仪的工作原理,分析和研究了从获取树木点云数据到三维建模的整个流程。最后,选取树木实例,建立了其三维模型。与传统的技术手段相比,应用三维激光扫描技术进行树木建模具有更广阔的发展空间。     

三维激光扫描技术在公路隧道测量中的应用

某高速公路隧道段,在掌子面施工中发现拱顶偏右上方存在溶腔,往洞顶垂直方向延伸,无法目测径向深度,溶腔内无填充物,有水流出。为查清溶腔内部情况及延伸长度,采用全站仪对溶腔进行靶标点测量,确定溶腔的工程坐标;采用三维激光扫描仪进行溶腔的扫描,得出整个溶腔的三维点云模型,经过内业对三维激光点云模型建模,得出溶腔的三维模型,通过对溶腔和隧道的三维模型进行叠加,可以得出溶腔对隧道的影响程度。沿隧道测设线中心线对溶腔进行纵断面切割,垂直隧道测设线中心线每隔5 m对溶腔进行横断面切割,得出隧道和溶腔的绝对位置关系,最终分析出溶腔对隧道的影响程度,指导后期设计和施工决策。     

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。     

基于三维激光点云与断面轮廓曲线的树干材积计算

【目的】利用地面三维激光扫描仪获取的单木树干点云,提出一种基于断面轮廓曲线的树干材积计算方法,为准确测定单木树干材积提供参考。【方法】首先,将树干点云按设定高度thick划分为若干等高垂直分段,对于一个垂直分段,将其树干点云投影至下断面得到一个平面点集,以该点集凸包点形成闭合凸多边形的质心为中心点,以角度参数θ对该平面点集角度分区,一个角度分区中所有点的重心点为该角度分区的轮廓点,根据角度分区在上下垂直分段上的相邻性和连续性修复无轮廓点的角度分区;然后,以当前垂直分段所有角度分区的轮廓点为插值点,构建一条闭合连续光滑的三次B样条曲线(称之为垂直分段的断面轮廓曲线),该曲线所围面积为断面积,断面积与高度thick之积为垂直分段体积,所有垂直分段体积累加得到树干材积。分别以可准确计算体积的圆柱体、圆台体和抛物线体的模拟点云与地面三维激光扫描仪获取的来自7个树种183个长度为1 m的树干点云为实测数据,开展模拟试验和实测试验。【结果】模拟试验结果表明,对于圆台体和抛物线体的体积计算,断面轮廓曲线法在合适的thick与θ参数下计算精度高于拟合圆、拟合圆柱体和Bézier凸曲线法的计算精度。实测试验结果表明,与断面轮廓曲线法计算的材积(thick=2 cm,θ=2°)相比,拟合圆、拟合圆柱体和Bézier凸曲线法计算材积的平均绝对百分比误差(MAPE)分别为064%、43365 cm~3和054%,均方根误差(RMSE)分别为063%、42906 cm~3和053%,总相对误差(TRE)分别为1188%、3 36136 cm~3和951%。【结论】断面轮廓曲线法计算的树干断面积和材积最为精确,传统以横断面是圆为理论计算的树干断面积和材积均大于其真值。     

基于三维激光扫描点云的树冠面积快速精准计算方法

指出了树冠面积是计算树木生物量的一种重要因子,也是园林设计需要用到的基础数据.三维激光扫描技术使得精确测量树冠成为可能,但是现有的树冠面积计算方法存在效率低、精度差等问题.提出了一种基于点云数据的树冠面积快速精准计算方法,只需将点云坐标转换成极坐标,再计算一系列扇形的面积总和.利用4株不同树种的样木进行了实验,结果表明:此方法明显优于传统的圆近似法和凸包多边形法,面积相对误差小于5％,满足林业调查的精度需求.     

3D激光轮廓扫描仪在木制部件表面粗糙度测定中的应用

3D激光轮廓扫描仪是由一个线激光扫描仪从产品表面扫过,形成三维立体图像,可以检测扫描区域的各个点高度、体积、截面积、瑕疵等;通过对3D激光轮廓扫描仪获得的3D扫描图像,运用图像处理技术从光切显微图像中提取出表面轮廓断面图形,计算出木制部件表面粗糙度;采用3D激光轮廓扫描仪检测木制部件表面粗糙度,相对于触针式粗糙度检测仪,其检测受木材自身构造影响小,数据易保存,一经扫描完成,便可以反复测量、分析。     

广州市风景游憩林树木空间分配特征研究

为明确风景游憩林常见树木空间分配特征,揭示风景游憩林树种空间分配策略规律,为提高风景游憩林景观健康和生态效益提供依据,采用群落生态学的方法,以900 m2样方为单元,在广州随机设置风景游憩林群落样方,利用手持激光雷达扫描仪进行每木调查,测算三维绿量和林下游憩空间量,再进行不同区位和不同类型风景游憩林的空间分配特征差异分析。结果表明:不同区位和类型风景游憩林的空间分配特征相似。城郊风景游憩林根据不同观赏游憩功能需求以及不同树种的空间分配特征来配置;树冠三维绿量和林下游憩空间存在总体协同但局部矛盾的关系,三维绿量的增大能有效提高树木的生态效益,但同时也可能压缩了林下游憩空间,减少了居民享受树冠带来的降温减热等效益。     

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。     

基于无人机多源遥感的输电线下树冠分割方法研究

架空输电线路走廊内高杆树种的快速生长是引起的线路跳闸故障的重要因素,为提高线路安全,须快速提取输电线下树木的高度与覆盖宽带。基于激光雷达点云数据,通过不规则TIN格网方法精确构建树木形态特征;基于多光谱数据计算林区的NDVI构建树木的光谱特征,结合二者的优势,先通过CHM的极大值,判断出了树木的顶点;然后利用Voronio图进行空间分割,判断出树冠的范围;最后统计每个树冠多边形内CHM和NDVI情况,剔除非树木,得到有效的单木树木顶点及树冠多边形。     

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。     

无人机摄影获取单木三维信息方法研究

随着无人机航空摄影测量技术的成熟和发展,改变了传统森林调查的手段,加快了森林调查的数字化、智能化发展。为提高单木因子的采集效率和精度,降低外业的工作强度,基于倾斜摄影测量技术,以多旋翼无人机为数据采集平台,实现了孤立单木的三维点云模型重建。在此基础上,建立了单木三维信息量测算法,提出切割法和投影法两种提取树冠投影面积的方法,并提取树高、树干任意处直径、树冠投影面积、冠幅、树冠表面积、树冠体积6项测树因子参数。结果表明:1)树木的总高度和第一枝下高的提取精度分别为96.28%和95.61%,胸径和上部直径的提取精度分别为96.24%和93.78%;2)利用切割法和投影法提取树冠投影面积的精度分别为96.28%和98.24%,提取冠幅的精度分别为89.65%和91.50%,提取树冠表面积的精度分别为96.78%和97.58%,提取树冠体积的精度分别为94.29%和96.14%;3)实践证明,该技术可很好地应用到古树名木的保护工作中,并可对森林调查的方式提供新的技术参考,具有较高的现实意义和实际应用价值。     

基于全站仪精准量测树木材积方法初探

笔者根据北京林业大学冯仲科教授提出的精准林业的理念,使用全站仪对树木材积进行量测,并将全站仪量测的材积数据与解析法所得砍伐数据进行比较,结果表明,全站仪量测立木材积的精度在91%以上,平均精度在96%左右,完全能满足高精度量测立木材积的要求,建议推广应用。     

基于切平面投影的树干三维表面重建算法

【目的】将使用三维激光扫描仪获取的树木点云构建树木三维模型与提取树木参数相结合,构建适用于树干参数提取的树干三维表面模型。【方法】采用三维表面重建技术,根据树干点云特征改进基于切平面投影的表面重建算法,并将其应用于重建树干的不规则三角网表面模型中。改进内容如下:1)使用半径阈值作为邻域点的选取准则以减少点云分布散乱对邻域点集选择的影响;2)根据点之间距离越近、影响越大的思想,使用距离加权方式计算特定点处切平面的法向量,且当邻域点集投影至切平面上产生重复投影点时,删除距离较远的邻域点;3)根据点集在平行平面间投影的几何拓扑不变性简化投影切平面的构建;4)以点集旋转方式简化三维平面点集到二维平面点集的转换。本研究提出的改进算法将当前点及其邻域点集投影至切平面上得到一个平面点集,将平面点集上构建的Delaunay三角网的连接关系映射到树干点云中以构建当前点与其邻域点的三维表面模型,逐个对树干点云中的点投影重建以实现树干点云整体的三维表面重建。【结果】对杨树树干的重建试验表明,改进算法能更好地构建树干的表面模型;对粗糙程度不同的多个树种的试验表明,重建的树干表面能清晰地显示外业扫描时标注的色彩信息,局部的表面三角形面片能清晰地反映树干表面凸凹不平的特征及树干表面在三角面片处的朝向信息;从重建表面上提取直径的试验表明,与围尺实测直径相比,从重建表面上提取直径的RMSE为0.18 cm,验证了重建树干表面的精确性。【结论】本研究从参数提取角度,采用表面重建方法,改进了基于切平面投影重建算法以重建树干的三维不规则三角网表面,重建的树干表面具有较好的视觉效果,能真实反映树干表面的特征。本研究提出的改进算法适用于构建逼真的树干三维可视化表面模型,构建的精确树干表面模型可为后续的树干参数提取提供基础数据。