基于方格网法的树冠体积测算方法

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1、2014年12月农业机械学报第45卷第12期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．12．044*基于方格网法的树冠体积测算方法11213何诚张思玉MatteoConvertino周爱民洪芳霞(1．南京森林警察学院林火研究中心，南京210023;2．明尼苏达大学双城分校环境研究所，明尼苏达州55108;3．江西科技师范大学旅游学院，南昌330013)摘要:提出了一种基于方格网法测算树冠体积的方法。研究利用免棱镜全站仪获取树冠点云数据，建立树冠表面特征点的坐标方格网，根据方格网法计算土方量的原理来求算树冠体积，

2、通过传统经典模型人工方法、三维激光量测法与本文算法，分别计算实验区域研究对象的体积，将结果进行对比分析，本研究提出的算法平均相对误差为4.13%，平均准确度为95.97%，且在置信度0.05下树冠体积的计算值与实测值之间的差异性为不显著，结果完全满足计算精度，其计算耗时只有传统人工量测法的1/3，成本为三维激光扫描的2%，降低了成本且提高了效率。关键词:树冠体积全站仪点云数据方格网法测算方法中图分类号:S758;TP391.41文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)12-0308-08经验几何形状体积求算公式来获取树冠体

3、积，因仪引言器精度的限制，导致获取树冠因子精度不高，再加上树冠直接体现树木的健康，与其本身的生长、发经验求算公式的精度低，所以传统获取树冠体积的［8］育、繁殖有着密切的关系;树冠的体积还能反映出环精度稳定性很差。境的适应程度和树木本身适应能力(适应力)、树木三维激光扫描仪运用到树冠测量的研究上，可群体间的竞争系数和健壮度，树冠体积是明确这些以构建出树木的空间形状，国内外也做了大量的相［9－19］数量关系的前提;树冠体积也是农药和肥料精准施关研究。目前通过三维激光扫描仪获取树冠用的重要参考因素;果树的树冠体积是果产预估等体积的求算方法存在

4、如下问题:①三维激光扫描仪果园精细管理的参考因素;树冠体积更是森林生物的价格在人民币100万元左右，大多运用在林业科量估算、三维森林测算和林木生长监测的重要测量研上，就林场推广应用而言，价格相对昂贵，针对林因子。但因为树种、地形、气候等多方面的因素导致场工人来说，操作相对繁琐。②获取的激光点云数树冠的结构复杂，树冠外形各异，难以精准获取树据庞大，对处理数据的计算机配置要求高，在处理过［1－6］高、冠幅和树冠投影面积等因子。程中，耗时费力，自动化程度不高。传统森林计测具有技术粗放、精度不高、砍伐等为了实现单木因子树冠体积高精度低成本无损破

5、坏性强和获取数据工作量大等缺点，满足不了当测量，同时避免从大量树冠点云数据中提取树冠表今时代对森林资源量测的高效性和准确性等要求。面特征点的难题，本文提出一种基于方格网法测算精准无损地获取树冠体积数据尤其显得重要，因为树冠体积的方法。采用免棱镜全站仪获取树冠的三树冠体积的精准获取是把握林木各种生态效益的前维空间点阵数据，建立树冠表面的坐标方格网，方格［7］提。树冠是有边际的几何体，其表面可以量测。网的一边与等高线平行，大小根据冠幅确定，利用方但树种、环境等因素导致树冠各不相同，即使同个地格网法计算树冠体积。点的同一树种，不同林木之间的树

6、冠形状也存在差1材料与方法异，所以简单的使用几何图形来代替树冠形状是不合适的。传统的手工量测方法是，使用米尺、测高器1.1研究区概况等测量工具，获取冠高、冠幅等因子，代入该树种的南京位于北纬31°14'～32°37'，东经118°22'～收稿日期:2014-08-29修回日期:2014-09-26*中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(LGZD201401)、中国博士后科学基金资助项目(2014M561092)、国家自然科学基金资助项目(30671696、41371001)和林业科学技术推广资助项目(201419)作者简介:何诚，讲师

7、，博士后，主要从事森林精准计测技术、森林灾害监测与预警研究，E-mail:hech_eng@163．com通讯作者:张思玉，教授，主要从事林火生态研究，E-mail:siyu85878817@163．com第12期何诚等:基于方格网法的树冠体积测算方法309119°14'，全市平面位置呈正南北向，南北最大直线距离140余km，东西最大直线距离为80余km，总2面积达6515.74km。研究区域属亚热带季风气候，雨量充沛，年降水1200mm，四季分明，年平均温度15.4℃，年极端气温最高39.7℃，最低－13.1℃，年平均降水量1106m

8、m。春季风和日丽;梅雨时节，又阴雨绵绵;夏季炎热;秋天干燥凉爽;冬季寒冷、干燥。1.2试验平台图1南方NTS-3401型免棱镜全站仪本次试验采用南方NTS-3401型免棱镜全站仪Fig．1SouthNTS-