地面激光掃描技術(shù)在林業(yè)估產(chǎn)中的應(yīng)用

摘 要:本文介紹了地面三維激光掃描技術(shù)在林業(yè)估產(chǎn)中的應(yīng)用。重點(diǎn)敘述了地面三維激光掃描技術(shù)的原理、數(shù)據(jù)處理流程及其特點(diǎn)?？偨Y(jié)出該技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)估產(chǎn)基本方案，結(jié)合具體的實(shí)例，研究該技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞:地面三維激光掃描 建模 林業(yè)估產(chǎn)

中圖分類號(hào):S7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)04(b)-0094-01

如何較為精確的估計(jì)林業(yè)作物的產(chǎn)量一直是個(gè)難題，常用的林業(yè)估產(chǎn)方法有:卷尺量測(cè)法，機(jī)載激光掃描法等。卷尺量測(cè)法雖然可以較為精確的量測(cè)出林業(yè)的大致產(chǎn)量，但耗費(fèi)大量的人力物力;機(jī)載激光掃描法雖然在效率上有很大程度的提高，但是所得到的掃描數(shù)據(jù)存在著大量的噪聲點(diǎn)，很難將這些噪聲點(diǎn)和樹木點(diǎn)完全的區(qū)分開來。本文引入一種全新的測(cè)量技術(shù)——地面三維激光掃描技術(shù)，探索如何在精確測(cè)量的前提下，盡量減少人力物力付出的技術(shù)。

1 地面三維激光掃描技術(shù)簡(jiǎn)介[1]

地面三維激光掃描技術(shù)是在地面利用激光掃描裝置自動(dòng)、系統(tǒng)、快速(準(zhǔn)實(shí)時(shí))獲取對(duì)象表面的三維坐標(biāo)的測(cè)量技術(shù)。利用地面三維激光掃描技術(shù)，可以深入到任何復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及空間中進(jìn)行掃描操作，并可以直接實(shí)現(xiàn)各種大型的、復(fù)雜的、不規(guī)則的、標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)體或?qū)嵕叭S數(shù)據(jù)完整的采集，進(jìn)而快速重構(gòu)出實(shí)體目標(biāo)的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數(shù)據(jù)。同時(shí)，還可對(duì)采集的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行各種后處理分析，如測(cè)繪、計(jì)量、分析、模擬、展示、監(jiān)測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)等操作。采集的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及三維建模結(jié)果可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換，輸出為其他工程軟件能識(shí)別處理的文件格式。

地面三維激光掃描技術(shù)已成為空間數(shù)據(jù)獲取的一種重要技術(shù)手段。同傳統(tǒng)的測(cè)量手段相比，三維激光掃描測(cè)量技術(shù)不需要合作目標(biāo)，可以自動(dòng)、連續(xù)、快速的采集數(shù)據(jù)，擁有快速性;不接觸性;穿透性;實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)性;高密度、高精度;數(shù)字化、自動(dòng)化等特點(diǎn)。這些優(yōu)勢(shì)使三維掃描技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。在文物保護(hù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、影視特技、工業(yè)生產(chǎn)、刑事偵查、三維傳真和雕塑制作等領(lǐng)域三維掃描技術(shù)都已經(jīng)開始投入應(yīng)用。某些特殊場(chǎng)合，三維掃描儀還具有獨(dú)特的、不可替代的作用。比如測(cè)量比較柔軟的物體，用傳統(tǒng)的接觸測(cè)量方法，很可能在測(cè)量時(shí)使物體變形，從而使測(cè)量結(jié)果不精確，而許多非接觸式的三維掃描儀以激光為測(cè)量媒質(zhì)，不會(huì)引起物體表面的變形和損傷。

2 基本思路及數(shù)據(jù)處理的流程

2.1 基本思路

先對(duì)要估產(chǎn)的林業(yè)地區(qū)樹木生產(chǎn)狀況進(jìn)行大體的觀察，將樹木按照長(zhǎng)勢(shì)情況分為若干類，在每一類的樹木中選擇一棵或若干棵樹木作為參考樹木，對(duì)其進(jìn)行地面三維激光掃描，再按照數(shù)據(jù)處理流程對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到參考樹木的產(chǎn)量，以此為依據(jù)，評(píng)價(jià)其他樹木的產(chǎn)量，最終可以得到整個(gè)林業(yè)地區(qū)樹木的大致產(chǎn)量。

2.2 數(shù)據(jù)處理流程[2]

2.2.1原始數(shù)據(jù)采集

地面三維激光掃描設(shè)備對(duì)目標(biāo)一次掃描的平面角度是180度，為了保證較高的精度，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)樹木采用一圈均等布設(shè)三個(gè)掃描站，即一圈每隔120度布設(shè)一個(gè)掃描站，這樣就可以對(duì)實(shí)驗(yàn)樹木進(jìn)行掃描360度的掃描。

2.2.2 參考體系的統(tǒng)一

將三站掃描的數(shù)據(jù)通過控制點(diǎn)統(tǒng)一到參考體系下，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析打下基礎(chǔ)。

2.2.3 粗差的剔除

原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含了大量的粗差、錯(cuò)誤和無關(guān)信息，因此需要采用人工交互的方法將實(shí)驗(yàn)樹木周圍的噪聲點(diǎn)盡可能完全的清除。

2.2.4 建模分析

在經(jīng)過了前面的各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理后，粗差和不必要的數(shù)據(jù)被剔除，數(shù)據(jù)量得以顯著減小，對(duì)所得到的實(shí)驗(yàn)樹木點(diǎn)云(選擇樹冠以下10cm，地面以上10cm的樹木區(qū)域)進(jìn)行三維建模，采用建立不規(guī)則三角網(wǎng)的方法，計(jì)算出建模區(qū)域的樹木產(chǎn)量。

圖1是對(duì)樹木進(jìn)行掃描、參考系統(tǒng)一、濾波以后的主干部分點(diǎn)云圖。圖2是對(duì)主干點(diǎn)云圖進(jìn)行建模分析處理，得到該段樹木產(chǎn)量大致為2.37m3，而該樹木實(shí)際產(chǎn)量是2.25m3。

3 結(jié)語

如何精確簡(jiǎn)便的測(cè)量出一片林業(yè)區(qū)域的大致產(chǎn)量是困擾廣大學(xué)者的一個(gè)問題。本文引入一種全新的測(cè)量技術(shù)——地面三維激光掃描技術(shù)，對(duì)林業(yè)區(qū)域進(jìn)行估產(chǎn)，探索該技術(shù)的可行性。通過模擬實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)不僅外業(yè)數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)便，具有耗時(shí)少、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，而且計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際的樹木產(chǎn)量也比較接近，說明該技術(shù)在林業(yè)估產(chǎn)中是可行的。該技術(shù)下一步需要研究的方向則是如何減少各個(gè)環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的誤差，從而提高測(cè)量精度，更加精確的估算出林業(yè)的產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)

[1]李清泉，楊必勝，史文中，等.三維空間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、建模與可視化[M].武漢大學(xué)出版社，2003.

[2]廖麗瓊，羅德安.地面激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理及其精度分析[J].四川測(cè)繪，2004，(4):153.

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