地面激光掃描技術在林業估產中的應用

摘 要:本文介紹了地面三維激光掃描技術在林業估產中的應用。重點敘述了地面三維激光掃描技術的原理、數據處理流程及其特點。總結出該技術應用于林業估產基本方案，結合具體的實例，研究該技術的可行性。

關鍵詞:地面三維激光掃描 建模 林業估產

中圖分類號:S7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(b)-0094-01

如何較為精確的估計林業作物的產量一直是個難題，常用的林業估產方法有:卷尺量測法，機載激光掃描法等。卷尺量測法雖然可以較為精確的量測出林業的大致產量，但耗費大量的人力物力;機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據存在著大量的噪聲點，很難將這些噪聲點和樹木點完全的區分開來。本文引入一種全新的測量技術——地面三維激光掃描技術，探索如何在精確測量的前提下，盡量減少人力物力付出的技術。

1 地面三維激光掃描技術簡介[1]

地面三維激光掃描技術是在地面利用激光掃描裝置自動、系統、快速(準實時)獲取對象表面的三維坐標的測量技術。利用地面三維激光掃描技術，可以深入到任何復雜的現場環境及空間中進行掃描操作，并可以直接實現各種大型的、復雜的、不規則的、標準或非標準的實體或實景三維數據完整的采集，進而快速重構出實體目標的三維模型及線、面、體、空間等各種制圖數據。同時，還可對采集的三維激光點云數據進行各種后處理分析，如測繪、計量、分析、模擬、展示、監測、虛擬現實等操作。采集的三維點云數據及三維建模結果可以進行標準格式轉換，輸出為其他工程軟件能識別處理的文件格式。

地面三維激光掃描技術已成為空間數據獲取的一種重要技術手段。同傳統的測量手段相比，三維激光掃描測量技術不需要合作目標，可以自動、連續、快速的采集數據，擁有快速性;不接觸性;穿透性;實時、動態、主動性;高密度、高精度;數字化、自動化等特點。這些優勢使三維掃描技術得到了廣泛的應用。在文物保護、虛擬現實、影視特技、工業生產、刑事偵查、三維傳真和雕塑制作等領域三維掃描技術都已經開始投入應用。某些特殊場合，三維掃描儀還具有獨特的、不可替代的作用。比如測量比較柔軟的物體，用傳統的接觸測量方法，很可能在測量時使物體變形，從而使測量結果不精確，而許多非接觸式的三維掃描儀以激光為測量媒質，不會引起物體表面的變形和損傷。

2 基本思路及數據處理的流程

2.1 基本思路

先對要估產的林業地區樹木生產狀況進行大體的觀察，將樹木按照長勢情況分為若干類，在每一類的樹木中選擇一棵或若干棵樹木作為參考樹木，對其進行地面三維激光掃描，再按照數據處理流程對點云數據進行處理，得到參考樹木的產量，以此為依據，評價其他樹木的產量，最終可以得到整個林業地區樹木的大致產量。

2.2 數據處理流程[2]

2.2.1原始數據采集

地面三維激光掃描設備對目標一次掃描的平面角度是180度，為了保證較高的精度，需要對實驗樹木采用一圈均等布設三個掃描站，即一圈每隔120度布設一個掃描站，這樣就可以對實驗樹木進行掃描360度的掃描。

2.2.2 參考體系的統一

將三站掃描的數據通過控制點統一到參考體系下，為后續的數據處理和數據分析打下基礎。

2.2.3 粗差的剔除

原始點云數據包含了大量的粗差、錯誤和無關信息，因此需要采用人工交互的方法將實驗樹木周圍的噪聲點盡可能完全的清除。

2.2.4 建模分析

在經過了前面的各項數據處理后，粗差和不必要的數據被剔除，數據量得以顯著減小，對所得到的實驗樹木點云(選擇樹冠以下10cm，地面以上10cm的樹木區域)進行三維建模，采用建立不規則三角網的方法，計算出建模區域的樹木產量。

圖1是對樹木進行掃描、參考系統一、濾波以后的主干部分點云圖。圖2是對主干點云圖進行建模分析處理，得到該段樹木產量大致為2.37m3，而該樹木實際產量是2.25m3。

3 結語

如何精確簡便的測量出一片林業區域的大致產量是困擾廣大學者的一個問題。本文引入一種全新的測量技術——地面三維激光掃描技術，對林業區域進行估產，探索該技術的可行性。通過模擬實驗表明，與傳統技術相比，該技術不僅外業數據采集簡便，具有耗時少、操作簡便等特點，而且計算的結果與實際的樹木產量也比較接近，說明該技術在林業估產中是可行的。該技術下一步需要研究的方向則是如何減少各個環節可能產生的誤差，從而提高測量精度，更加精確的估算出林業的產量。

參考文獻

[1]李清泉，楊必勝，史文中，等.三維空間數據的實時獲取、建模與可視化[M].武漢大學出版社，2003.

[2]廖麗瓊，羅德安.地面激光雷達的數據處理及其精度分析[J].四川測繪，2004，(4):153.

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