基于三維激光掃描技術的樹木參數提取及可視化研究.pdf

1、樹木是生態(tài)環(huán)境中重要的組成部分，在維持碳氧平衡、保護生物多樣性、涵養(yǎng)水源等方面起著重要的作用。在生態(tài)學研究和城市景觀設計中，樹木的基本參數提取和三維可視化研究是非常重要的。近年來，隨著虛擬現實技術和林業(yè)測繪技術的不斷發(fā)展，特別是地面三維激光掃描技術出現后，樹木參數提取以及三維可視化研究中存在的一系列問題得到了較好的解決。地面三維激光掃描技術作為一種新型的測繪技術，可以在不損傷樹木的前提下，準確、快速、高效地獲取樹木的三維點云數據，為生物

2、多樣性研究、地上生物量測算、林業(yè)資源調查以及森林生態(tài)景觀三維重建提供了便利的手段。
　　本研究主要內容包括：⑴提出一種自動準確無損獲取樹木胸徑的新方法。該方法以地面三維激光掃描技術獲取的樹木點云數據為基礎，提取1.3m高度處的截面點云數據，運用蟻群算法對該截面數據進行排序處理，利用B樣條曲線對排序后的點云數據進行擬合，結合周長計算公式，實現了樹木胸徑的自動準確提取。以Matlab為編程平臺，對試驗區(qū)內的9棵香樟樹木進行測量計算，結

3、果表明:該方法能高精度的提取任意高度處的樹木直徑。利用本文方法提取樹木胸徑的均方根誤差為±0.19cm，平均絕對誤差為0.15cm，相對于基于點云的傳統(tǒng)算法提取精度提高了50％和60.7％。本文方法基于高精度點云數據，實現了樹木胸徑的無損自動提取，可以為生物量的準確計算和生態(tài)學基礎研究提供一種準確快速的解決方法。⑵針對樹冠拓撲結構復雜，現有方法提取精度差、自動化程度低的問題，提出一種利用激光點云自動獲取樹冠體積的新方法。以地面三維激光掃

4、描技術獲取的樹冠點云為基礎，運用扇形面積逼近和不規(guī)則體切片分割累加算法，實現樹冠體積的自動計算。以試驗區(qū)內的8棵香樟和雪松為例，利用編程軟件Matlab作為開發(fā)平臺進行測量計算，同時與模擬規(guī)則體形狀方法和基于點云的手動測量法分別進行對比分析，結果表明:基于激光點云自動計算樹冠體積的方法實現了單棵樹木樹冠的無損自動計算，不但節(jié)省了人力，而且在計算精度方面提高了6.17％，可以為三維綠量、碳循環(huán)的測算以及樹冠結構的研究提供參考。⑶針對樹木結

5、構復雜，可視化困難的問題，可視化研究分為點云和模型展示兩部分。點云三維展示利用地面三維激光掃描技術獲取樹木點云，以Cyclone軟件為點云預處理平臺，經過點云配準、去除噪音等操作可以得到完整的樹木點云，對獲得的點云數據可以進行著色、三維旋轉、立體量測等操作，是一種對現實樹木最直觀和精確的可視化方式之一;模型展示是將三維點云導入Geomagic studio軟件中，將完整的樹木枝干點云通過點云分割操作，分解成相互獨立的不同枝干，對每一部分