專利名稱：一種基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于三維綠量計算的方法，特別是關(guān)于立木在不用伐倒時精確測定其體積，用一種基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測方法。
背景技術(shù)：
三維綠量研究的前提是對樹木的三維體積進行量測，多年來，林業(yè)上求解樹木體積時，多是采用傳統(tǒng)的方法，即是砍伐大量的立木作為樣木，利用伐倒木區(qū)分求積式計算材積；這種方法對森林造成的損傷大；在實踐中用到立木等長區(qū)分求積法、累高法等立木區(qū)分求積法和望高法測定立木材積，雖然避免了森林的損傷，但是限于測量儀器環(huán)境與精度的局限，而且工作量非常大，不利于綠量數(shù)據(jù)庫的建立和數(shù)據(jù)的存儲、管理和應(yīng)用統(tǒng)一，“一種基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測的方法”以計算機的模擬計算代替復(fù)雜的人工立體量 測，同時，該方法計算的體積比常規(guī)材積法計算體積的精度可以提高10倍以上，避免了因城市緑化植物高度較大，使用人工皮尺測量相對誤差較大的弊病。傳統(tǒng)的立木材積計算，要么需要砍伐大量的樹木，對森林造成的損傷大；要么需要大量人力量測計算，精度不能滿足精準(zhǔn)林業(yè)測量的要求，在生態(tài)環(huán)境日益受到重視和講究精度和速度的今天，此兩種種方法具有不可取之處。用基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測的方法，不僅可以不用砍伐立木，保護生態(tài)環(huán)境；而且可以大大提高求解樹木體積的精度和速度，為林業(yè)管理部門提供準(zhǔn)確的經(jīng)濟規(guī)劃依據(jù)、決策依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種用基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測的方法，它是通過三維激光掃描系統(tǒng)獲取立木的三維空間點陣數(shù)據(jù)，建立立木的三維模型，利用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字高程模型法對三維激光掃描模型處理，計算出樹木體積，它克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的根據(jù)目標(biāo)樹木的位置、大小形態(tài)和需要獲取的重點測樹因子設(shè)計出掃描站和控制標(biāo)靶的位置，在選定的測站上架設(shè)好激光掃描儀，調(diào)整好參數(shù)和姿態(tài)，進行掃描，獲取立木的三維空間點陣數(shù)據(jù)，同時獲取控制標(biāo)靶中心，得到一幅點云圖；利用三維激光掃描儀自帶的軟件通過坐標(biāo)匹配，將立木的不同點云圖“拼合”在同一坐標(biāo)系下，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理、抽取等功能的實現(xiàn)，最終建立起立木的三維模型并保存為數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以識別的dxf格式；利用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)打開三維激光掃描的點云圖，建立獨立坐標(biāo)系統(tǒng)并提取高程，將提取出來的高程保存為dat格式的文本中，在新打開的數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，根據(jù)需要設(shè)計站高程間距并展高程點建立數(shù)字高程模型，建立立體三角網(wǎng)，用復(fù)合線畫出所要計算體積的區(qū)域，一定要閉合，但是盡量不要擬合。因為擬合過的曲線在進行體積計算時會用折線迭代，影響計算結(jié)果的精度。利用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的DTM法土方計算功能計算出點云體積。其中計測樹木體積原理步驟如下
第一歩繪方格網(wǎng)并求方格網(wǎng)點高程。第二步確定場地平整的設(shè)計高程。填挖平衡點高程=(Σ角+ Σ邊Χ2+Σ拐Χ3+Σ中X4)/ (4η)第三步計算挖、填方高度。挖填高度h = H地面高程-H設(shè)計高程第四步計算挖、填土石方量。 角點挖(填)方高度h*l/4方格面積邊點挖(填)方高度h*2/4方格面積拐點挖(填)方高度h*3/4方格面積中心點挖(填)方高度h*l方格面積計算出各點的工程量后，再分別計算挖方量和填方量的總和。本發(fā)明具有以下的優(yōu)點利用數(shù)字高程模型的樹木體積計測，不用砍伐立木，保護了森林；利用三維激光的掃描獲得立木的三維空間點陣數(shù)據(jù)，從而建立起立木的三維空間模型，實現(xiàn)立木的再現(xiàn)，這種量測具有全方位的特點；利用數(shù)字高程模型的樹木體積計測，效率高、勞動強度小。
具體實施例方式根據(jù)目標(biāo)樹木的位置、大小形態(tài)和需要獲取的重點測樹因子設(shè)計出掃描站和控制標(biāo)靶的位置，在選定的測站上架設(shè)好激光掃描儀，調(diào)整好參數(shù)和姿態(tài)，進行掃描，獲取立木的三維空間點陣數(shù)據(jù)，同時獲取控制標(biāo)靶中心，得到一幅點云圖；利用三維激光掃描儀自帶的軟件通過坐標(biāo)匹配，將立木的不同點云圖“拼合”在同一坐標(biāo)系下，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理、抽取等功能的實現(xiàn)，最終建立起立木的三維模型并保存為數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以識別的dxf格式；利用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)打開三維激光掃描的點云圖，建立獨立坐標(biāo)系統(tǒng)并提取高程，將提取出來的高程保存為dat格式的文本中，在新打開的數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，根據(jù)需要設(shè)計站高程間距并展高程點建立數(shù)字高程模型，建立立體三角網(wǎng)，用復(fù)合線畫出所要計算體積的區(qū)域，一定要閉合，但是盡量不要擬合。因為擬合過的曲線在進行體積計算時會用折線迭代，影響計算結(jié)果的精度。利用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的DTM法土方計算功能計算出點云體積。其中計測樹木體積原理步驟如下第一歩繪方格網(wǎng)并求方格網(wǎng)點高程。第二步確定場地平整的設(shè)計高程。填挖平衡點高程=(Σ角+ Σ邊Χ2+Σ拐Χ3+Σ中X4)/ (4n)第三步計算挖、填方高度。挖填高度h = H地面高程-H設(shè)計高程第四步計算挖、填土石方量。角點挖(填)方高度h*l/4方格面積邊點挖(填)方高度h*2/4方格面積拐點挖(填)方高度h*3/4方格面積中心點挖(填)方高度h*l方格面積
計算出各點的工程量后，再分別計算挖方量和填方量的總和。
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權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測方法，其特征是利用三維激光掃描儀對目標(biāo)樹木進行掃描，得到樹木的三維點云圖，然后運用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)字地面模型法計算出樹木的體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用一種基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測方法，其特征是根據(jù)目標(biāo)樹木的位置、大小形態(tài)和需要獲取的重點測樹因子設(shè)計出掃描站和控制標(biāo)靶的位置，在選定的測站上架設(shè)好激光掃描儀，調(diào)整好參數(shù)和姿態(tài)，進行掃描，獲取立木的三維空間點陣數(shù)據(jù)，同時獲取控制標(biāo)靶中心，得到一幅點云圖；利用三維激光掃描儀自帶的軟件通過坐標(biāo)匹配，將立木的不同點云圖“拼合”在同一坐標(biāo)系下，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理、抽取等功能的實現(xiàn)，最終建立起立木的三維模型并保存為數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以識別的dxf格式；
3.利用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)打開三維激光掃描的點云圖，建立獨立坐標(biāo)系統(tǒng)并提取高程，將提取出來的高程保存為dat格式的文本中，
4.在新打開的數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，根據(jù)需要設(shè)計站高程間距并展高程點建立數(shù)字高程模型，建立立體三角網(wǎng)，用復(fù)合線畫出所要計算體積的區(qū)域，一定要閉合，但是盡量不要擬合。因為擬合過的曲線在進行體積計算時會用折線迭代，影響計算結(jié)果的精度。利用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字地面模型法土方計算功能計算出點云體積。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用一種基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測方法，其特征是其中計測三維體積原理步驟如下 第一歩繪方格網(wǎng)并求方格網(wǎng)點高程。
第二步確定場地平整的設(shè)計高程。
填挖平衡點高程=(Σ角+ Σ邊Χ2+Σ拐Χ3+Σ中X4V(4n) 第三步計算挖、填方高度。
挖填高度h = H地面高程-H設(shè)計高程 第四歩計算挖、填土石方量。
角點挖(填)方高度h*l/4方格面積 邊點挖(填)方高度h*2/4方格面積 拐點挖(填)方高度h*3/4方格面積 中心點挖(填)方高度h*l方格面積 計算出各點的工程量后，再分別計算挖方量和填方量的總和。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字高程模型的樹木體積計測方法。該方法是在不用伐倒立木的情況下，通過三位激光掃描系統(tǒng)掃描立木，獲取立木三維空間點陣數(shù)據(jù)，以此建立立木的三維空間模型，運用數(shù)字化測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字地面模型法土方計算功能計算出樹木的體積這大大提高工作效率，降低勞動強度，尤其是避免了由于傳統(tǒng)的樹木體積過程中，需要砍伐大量的樹木以獲取區(qū)分?jǐn)嗝嬷睆?，對森林造成損傷大的現(xiàn)象，具有廣闊的市場前景。
文檔編號G01B11/03GK102692190SQ201110071128
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者何誠, 馮仲科, 姚山 申請人:北京林業(yè)大學(xué)