一种基于三维激光点云数据的单木树冠投影面积和树冠体积自动提取算法

作     者：徐伟恒 冯仲科 苏志芳 胥辉 焦有权 邓欧 XU Wei-heng;FENG Zhong-ke;SU Zhi-fang;XU Hui;JIAO You-quan;DENG Ou

作者机构：北京林业大学测绘与3S技术中心北京100083 西南林业大学计算机与信息学院云南昆明650224 昆明学院数学系云南昆明650214 清华大学工程物理系公共安全研究院北京100084 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2014年第34卷第2期

页      面：465-471页

核心收录：

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 090704[农学-森林经理学] 0907[农学-林学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 09[农学] 0804[工学-仪器科学与技术] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家科技支撑计划项目(2012BAH34B01) 国家科技推广项目(201146) 国家林业局林业公益性行业科研专项(200904045)资助 

主　　题：树冠 点云数据 投影面积 体积 

摘      要：树冠投影面积和树冠体积是研究单木生物量估测、三维绿量测算等的重要测量因子。针对树冠结构复杂、形态各异,树冠因子难以精确测量等问题,为实现单木树冠投影面积和树冠体积的自动提取和精准测量,以三维激光扫描获取的树木点云数据为数据源,运用平面散乱点集凸包算法———Graham扫描算法和不规则体切片分割累加算法,以VC++6.0和Matlab 7.0混合编程,实现树冠投影面积和树冠体积的自动提取。以实验区选取具有代表性的22株不同树种的样木为研究对象,并与传统人工测量方法进行了对比分析。试验结果表明,树冠投影面积人工测量(A4)结果与点云数据的自动计算(AV)结果相关性较好,r=0.964(p0.01),A4高于AV的平均值为25.5%。近似规则几何体方法树冠体积测量(VC)结果与基于点云数据的自动计算(VVC)结果之间呈现较强的相关性,r=0.960(p0.001),VC低于VVC的平均值为8.03%。该方法基于高精度单木点云数据,实现了树冠结构的高精度快速重构、单木树冠投影面积和树冠体积的无损自动提取,可以为单木树冠结构的研究提供参考,在精准林业领域具有推广应用价值。