1.一种基于点云数据的植物冠层体积计算方法,其特征在于,所述方法包括:以植物冠层点云数据的三维坐标数据为初始值,将所述植物冠层点云数据的坐标信息投影到z轴,计算z坐标概率密度函数;
根据所述z坐标概率密度函数,计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点;
对每个所述局部极值点,经过该点并垂直于z轴画出一个平面作为一个横截面;根据预设的分割层数,在所述局部极值点之间进行分割,得到多个垂直于z轴的横截面;
根据所述横截面,将所述植物冠层从上至下划分为一个椎体与多个台体,进而计算所述植物冠层的体积。
2.根据权利要求1所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法,其特征在于,“根据所述z坐标概率密度函数,计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点”的步骤包括:按照下式对概率密度进行修正:
p'=corrp*p
其中,
max(z)、min(z)分别表示所述植物冠层点云数据在z轴投影的最大值和最小值,max(p)表示概率密度p的最大值;
按照下式计算z轴投影上离散点的曲率:
其中,
△fk(t)=f(t+k△t)-f(t+(k-1)△t)c(t)为计算出的曲率值,f(t)为函数,k=1,2,3,△t为函数f(t)的参数t的单位步长,符号“×”表示叉积,符号“·”表示点乘,符号“||||”表示模长;
在z轴投影上的离散点中选取所述曲率值大于曲率阈值的点作为待定极值点;
在相邻的所述待定极值点中选择曲率值最大的点,得到局部极值点。
3.根据权利要求1所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法,其特征在于,“根据预设的分割层数,在所述局部极值点之间进行分割,得到多个垂直于z轴的横截面”的步骤包括:按照下式计算每对相邻的所述局部极值点之间的分割步长:在每对相邻的所述局部极值点之间,根据对应的所述分割步长进行等间距分割,从而得到多个垂直于z轴的横截面;
其中,LEzi和LEzi+1分别为第i个和第i+1个局部极值点的高度,且第i个和第i+1个局部极值点为两个相邻的局部极值点,i=1,2,…,m,m为所述局部极值点的个数;△z为点云高度,L为所述预设的分割层数。
4.根据权利要求1所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法,其特征在于,“根据所述横截面,将所述植物冠层从上至下划分为一个椎体与多个台体,进而计算所述植物冠层的体积”的步骤包括:分别将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到对应的横截面上,进而计算每个横截面的边界点;
分别顺次连接每个横截面的边界点,得到对应横截面的多边形轮廓,进而计算每个横截面的面积;
以所述横截面为分界面,将所述植物冠层从上至下划分为一个椎体与多个台体;
根据所述横截面的面积,分别计算所述椎体与所述台体的体积,进而得到所述植物冠层的体积。
5.根据权利要求4所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法,其特征在于,“分别将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到对应的横截面上,进而计算每个横截面的边界点”的步骤包括:按照下式计算所述植物冠层点云数据的点间平均距离:其中,
ρ为点云在高度方向上的密度,N为所述点云数据中点的个数,S为点云在大地坐标水平方向上的投影面积;△z为点云高度;
分别将每个横截面上、下特定距离范围内的点投影到对应横截面上,其中,所述特定距离为εz/2;
对每个横截面上的点云数据,采用二维平面边界轮廓的alpha-shape算法计算出该横截面的边界点。
6.根据权利要求4所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法,其特征在于,“分别顺次连接每个横截面的边界点,得到对应横截面的多边形轮廓,进而计算每个横截面的面积”的步骤包括:分别顺次连接每个横截面的边界点,得到对应横截面的多边形轮廓;
将所述多边形轮廓的第一个顶点p1分别与其他顶点连接,得到多个三角形;
按照下式计算所述多边形轮廓的面积,作为对应横截面的面积:其中,Si为三角形p1pipi+1的面积,r为所述多边形轮廓的顶点的个数;Ai为符号系数,若p1、pi、pi+1为逆时针排列,则Ai=1,若p1、pi、pi+1为顺时针排列,则Ai=-1。
7.根据权利要求4所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法,其特征在于,“根据所述横截面的面积,分别计算所述椎体与所述台体的体积,进而得到所述植物冠层的体积”的步骤包括:按照下式计算第i个台体的体积:
按照下式计算所述椎体的体积:
按照下式计算所述植物冠层的体积:
其中,Si和Si+1分别为第i个台体的下底面和上底面所对应的横截面的面积,i为所述台体的序号,从所述植物冠层的底部向上顺序排列,i=1,2,...,g-2,g为横截面的个数,zi和zi+1分别为第i个台体的下底面和上底面的z轴坐标;Sg-1为所述椎体的底面所对应的横截面的面积,zg和zg-1分别为所述椎体的底面和顶点的z轴坐标。
8.一种基于点云数据的植物冠层体积计算系统,其特征在于,所述系统包括:概率密度函数计算模块,用于以植物冠层点云数据的三维坐标数据为初始值,将所述植物冠层点云数据的坐标信息投影到z轴,计算z坐标概率密度函数;
极值点计算模块,用于根据所述z坐标概率密度函数,计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点;
分割模块,用于对每个所述局部极值点,经过该点并垂直于z轴画出一个平面作为一个横截面;根据预设的分割层数,在所述局部极值点之间进行分割,得到多个垂直于z轴的横截面;
体积计算模块,用于根据所述横截面,将所述植物冠层从上至下划分为一个椎体与多个台体,进而计算所述植物冠层的体积。
9.一种存储设备,其中包括存储器,所述存储器适于存储程序,其特征在于,所述程序适于由处理器加载并执行,以实现权利要求1-7中任一项所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法。
10.一种处理设备,包括:
处理器,适于加载程序;
存储器,适于存储所述程序;
其特征在于,所述程序适于由所述处理器加载并执行,以实现权利要求1-7中任一项所述的基于点云数据的植物冠层体积计算方法。