本文選題：地面激光雷達(dá) + 單株立木�。� 參考：《福州大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：森林資源的精準(zhǔn)調(diào)查是國(guó)家制定林業(yè)政策、森林資源管理規(guī)劃的重要基礎(chǔ)及參考依據(jù)。長(zhǎng)期以來(lái),傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查方法耗時(shí)費(fèi)力、工作量大、工作效率低,越來(lái)越無(wú)法適應(yīng)精準(zhǔn)林業(yè)資源管理應(yīng)用需求。地面激光雷達(dá)技術(shù)自出現(xiàn)以來(lái),以其高精度、高效率等優(yōu)越性能被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛地運(yùn)用于森林資源調(diào)查,尤其是單株立木幾何特征參數(shù)測(cè)量方面�；诘孛婕す饫走_(dá)可快速、高精度地獲取單株立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)及幾何特征參數(shù),本文從地面激光雷達(dá)獲取的單株立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)出發(fā),基于簡(jiǎn)單曲面和自由曲面兩種方法實(shí)現(xiàn)了單株立木幾何結(jié)構(gòu)建模,并以立木幾何建模成果為基礎(chǔ)提取單株立木幾何特征參數(shù)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)單株立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理。一顆高度約18m的木棉樹為研究目標(biāo),針對(duì)單株立木幾何建模需求,設(shè)計(jì)了單株立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取方案,并對(duì)收集的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)及配準(zhǔn)后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)開(kāi)展了質(zhì)量評(píng)價(jià),針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn),有針對(duì)性地實(shí)施了點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽稀。(2)基于簡(jiǎn)單曲面及自由曲面方法的單株立木表面幾何建模。簡(jiǎn)單曲面方案首先以Kd-tree數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)管理、組織方法,應(yīng)用最短路徑方法對(duì)單株立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)分段,并計(jì)算各分段幾何中心,將幾何中心所在平面點(diǎn)云數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)變換并投影至參照水平面,以最小二乘法擬合二次曲線,如圓、橢圓,建立分段不同的幾何模型,如圓柱、圓臺(tái)等,將各分段連接成完整的單株立木幾何模型。自由曲面方案采用Crust算法作為曲面構(gòu)建方法,該方案以Voronoi和Delaunay三角網(wǎng)為基礎(chǔ),首先對(duì)點(diǎn)云集構(gòu)建Voronoi圖,之后將構(gòu)建的Voronoi圖集和原始點(diǎn)云集合并并形成Delaunay三角網(wǎng),最后保留三個(gè)頂點(diǎn)都是采樣點(diǎn)的三角形。以木棉樹為例,簡(jiǎn)單曲面方案簡(jiǎn)明高效,但在不同級(jí)別枝條連接時(shí)誤差較大,與真實(shí)木棉樹曲面模型有一定誤差,與簡(jiǎn)單曲面方案相比,自由曲面方案能夠較為真實(shí)的還原木棉樹的幾何表面形態(tài)特征,但基于表面三角網(wǎng)如何提取單株立木幾何特征參數(shù)仍然具有挑戰(zhàn)。(3)單株立木點(diǎn)云數(shù)據(jù)的幾何結(jié)構(gòu)特征參數(shù)測(cè)量。通過(guò)構(gòu)建曲面模型來(lái)估算單株立木的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。估算的樹高、胸徑與野外實(shí)測(cè)的誤差分別為2.1%、1.1%,通過(guò)胸徑代入經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的體積與曲面模型估算的誤差為-4.58%、-3.55%、2.13%。
[Abstract]:The accurate investigation of forest resources is an important basis and reference for the government to formulate forestry policy and forest resource management planning. For a long time, the traditional forest resources survey methods are time-consuming, heavy workload, low efficiency, and can not meet the needs of precision forestry resource management applications. Since its emergence, ground lidar technology has been widely used in forest resource survey by domestic and foreign scholars for its high precision and high efficiency, especially in the measurement of geometric characteristic parameters of single standing tree. Based on the fact that the ground lidar can obtain the point cloud data and geometric characteristic parameters of a single stand tree quickly and accurately, this paper starts from the point cloud data of a single standing tree obtained by the ground laser radar. Based on simple surface and free-form surface, the geometric structure modeling of single standing tree is realized, and the geometric characteristic parameters of single standing tree are extracted based on the result of geometric modeling. The main contents of this paper are as follows: 1) acquisition and preprocessing of point cloud data of single stand tree. A cotton tree with a height of about 18 m was used as the research object. According to the requirement of geometric modeling of single standing tree, a single tree stand point cloud data acquisition scheme was designed, and the quality evaluation of the collected original point cloud data and the registered point cloud data was carried out. In view of the large amount of point cloud data, point cloud data thinning. 2) based on simple surface and free-form surface method, the geometric modeling of single standing wood surface is implemented. The simple surface scheme firstly uses Kd-tree data structure as point cloud data management, organization method, applies the shortest path method to segment the single stand tree point cloud data, and calculates the geometric center of each segment. The data of point cloud in the plane of geometric center is rotated and projected to the reference plane, and the quadratic curve, such as circle and ellipse, is fitted by least square method, and different geometric models are established, such as cylinder, circle, etc. Each segment is connected into a complete geometric model of single standing tree. The free-form surface scheme uses the Crust algorithm as the surface construction method. The scheme is based on Voronoi and Delaunay triangulation. Firstly, the Voronoi graph is constructed for the point cluster, then the constructed Voronoi graph and the original point cloud are merged to form the Delaunay triangulation. Finally, three vertices are reserved for triangles that are sample points. Taking the kapok tree as an example, the simple surface scheme is simple and efficient, but the error is large when the branches of different grades are connected, and there is a certain error compared with the real kapok tree surface model, compared with the simple surface scheme. The free-form surface scheme can restore the geometric surface features of kapok tree, but how to extract geometric characteristic parameters of single tree based on surface triangulation is still a challenge. 3) the geometric structure characteristic parameters of point cloud data of single tree stand are measured. A curved surface model was constructed to estimate the geometric structure parameters of a single standing tree. The estimated errors of tree height, DBH and field measurements are 2.1 and 1.1.The errors of volume and curved model estimated by the empirical formula of DBH are -4.58and -3.55g / 2.13, respectively.
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN958.98

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本文編號(hào)：1959052