基于三维点云数据的单木树冠体积扇形分割算法计算方法.docx

简介：
本文提出了一种基于三维点云数据的新型算法，用于精确估算单个树木的树冠体积。通过实施扇形分割技术，该方法能够高效地解析复杂树冠结构，并提供准确的体积测量结果。 树冠体积的计算方法主要分为体元法与切片法两大类。其中，体元法则通过将三维空间划分为一系列等大小的小立方体，并统计包含点云数据的有效小立方体数量来估算总体积；而切片法则涉及将树冠以一定间隔分割成多个平面切片，再计算每个切片面的面积并累加求和。 扇形分割法是一种基于切片法衍生出的方法。该方法通过选取某一中心作为极点，并将每一层切割面划分为m个相等的小区域（即小扇区），以每一小区域内最远的数据点到原点的距离为半径，计算每个小扇形的面积后求和得到整个平面切片的实际面积。 与传统的凸包法相比，扇形分割法则能更准确地反映树冠的真实轮廓形态。这使得该方法在估算体积时能够提供更为精确的结果，介于体元法（可能偏低）及传统凸包法（可能存在高估情况）之间。 各种计算方法的优劣比较显示了不同的适用场景和误差范围。例如，三维激光扫描技术作为一种新兴手段，在林业领域内被广泛应用于树木建模、测量树冠大小与体积等方面；而点云数据作为该技术的主要输出形式，则为精确地进行树冠体积估算提供了必要的基础信息。 同时值得注意的是，体元法由于其基于固定立方体划分的方式可能会导致一定的误差。另一方面，凸包法则可能因为过度包含凹陷区域而导致计算结果偏大。因此，在实际应用中选择合适的方法至关重要，并需要根据具体情况进行调整优化以获得最佳效果。