1.一种基于地基激光雷达点云的冠层间隙率估算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、TLS点云数据获取和预处理;
在研究区域设置样方,根据样方的情况设置测站来架设三维激光扫描仪,需要扫描到完整的研究区域样方的森林冠层;在扫描仪的扫描范围内设置至少3个标靶,对扫描的TLS点云数据利用软件进行配准和去噪,然后将其导出为文本格式后剔除低于扫描仪高度的点云数据;
步骤2、点云数据的坐标转换和分块;
将步骤1所得的所有点云数据的三维直角坐标转换为球坐标,即将点云坐标由P(x,y,z)转化为 其中θ为天顶角,为方位角,r为冠层点云到原点的距离,公式如下:将转换后的点云数据按照天顶角2°~10°和方位角10°~60°的间隔进行数据分块;
步骤3、模拟激光束;
基于蒙特卡洛方法,将间隙率的估算转换为概率模型;通过计算机程序模拟三维激光扫描仪的工作原理,从扫描仪处随机发射射线作为模拟的激光束,模拟激光束的发射范围与转换后的点云数据的天顶角、方位角范围一致;通过发射模拟激光束对冠层中点云的探测来刻画冠层的结构信息,定量化间隙的分布;
步骤4、确定判别距离;
在步骤2划分的每个空间区域以0.1‑1米为步长进行点云到原点距离分布的统计,该区域冠层的分布情况由所有点云到原点距离的期望代表,采样间距与点云到原点距离之间的关系如下:其中D和d是R和r对应的采样间距,根据点云在各个区域的分布和扫描仪的采样间距来计算判别距离:其中s为判别距离,D和R由扫描仪的分辨率得到,ri是从第i个区域所有点云到原点的距离的期望值;
步骤5、估算间隙率GF;
在每个空间区域内利用计算机程序发射模拟激光束,判断模拟激光束与对应空间区域内所有点云之间的欧式距离;若欧式距离小于等于判别距离,则认为碰撞到冠层点云,计数并重新发射模拟射线进行下一次探测;若遍历整块数据都没有探测到判别距离之内的冠层点云,则进行下一条模拟激光束的探测;
最后根据碰撞到点云的次数与发射模拟激光束总数之间的关系来估计间隙率,公式如下:
2.如权利要求1所述基于地基激光雷达点云的冠层间隙率估算方法,其特征在于:所述步骤4确定判别距离采用的步长为0.5米。
3.如权利要求1所述基于地基激光雷达点云的冠层间隙率估算方法,其特征在于:所述步骤2中按照天顶角5°和方位角45°的间隔进行数据分块。