[发明专利]一种林木冠层垂直结构降雨减缓规律测定方法

权利要求书

1.一种林木冠层垂直结构降雨减缓规律测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、基于地面三维激光扫描仪扫描单木生成的点云数据提取叶面积密度；

步骤S2、基于降雨测量装置获取林木穿透雨数据集；

步骤S3、构建基于叶面积密度的林木冠层垂直结构降雨减缓模型；

步骤S4、验证并选择最优的林木冠层垂直结构降雨减缓模型；

步骤S5、获取区域林木冠层垂直结构降雨减缓规律；

所述步骤S1的实现方式为：布设样地，选择p棵单木，采用地面三维激光扫描仪分别扫描单木生成的点云数据，并对点云数据进行体素化处理，最后计算单木叶面积密度大小；具体实现步骤如下：

步骤S11、布设样地，在样地中选择p棵样木，采用地面三维激光扫描仪对每棵样木进行3次不同角度的扫描以获取样木的点云数据，并对获取的点云数据进行拼接和去噪以便进行树冠分层和3维体元模型的构建；

①单木树冠分层

对于处理后的数据按高度h为步长进行分层，得到m层冠层分层点云数据，通过点转栅格，重分类处理，获取分层栅格数，得到第m层点云数据的投影面积S_m；

②3维体元模型的构建

对预处理后的点云数据进行体元化；点云数据(X，Y，Z)以(X_min，Y_min，Z_min)为起始点，以体元大小为步长，利用公式(1)对点云数据进行体元化：

式中，int为向下取整符；(x，y，z)为点云数据(X，Y，Z)对应的体元坐标；体元的体素值由体元内的激光点数决定，若体元内激光点数大于或等于1，则体元体素值为1，否则体素值为0；

步骤S12、对体元化后的点云数据采用公式(2)进行叶面积密度的计算：

式中，LAD_m为第m层叶面积密度；n为第m层中体素值为1的体元数；l为体元边长；S_m为第m层点云数据的投影面积；h为分层高度；

所述步骤S2的实现方式为：在每棵单木林下布设穿透雨采集装置，并在样地外空旷处布设降雨测量装置；一旦下雨，记录单木降雨截留量，截留量为空旷处降雨采集量与林下穿透雨采集量之差；所述降雨截留量计算公式如下：

I_(p,i)＝R₀-(R_(p,i)+S_p)  (3)

式中，I(p,i)为第p棵单木第i个降雨装置位置的降雨截留量，i＝1,2,3；R₀为空旷处j个降雨量采集装置降雨量的平均值；R_(p,i)为第p棵单木第i个降雨装置位置的降雨量；S_p第p棵单木的树干茎流量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3的实现方式为：对林木叶面积密度及对应的穿透雨数据集划分为建模集和验证集；针对建模集，采用线性、幂、对数、指数、二次多项式函数构建林木冠层垂直结构降雨减缓模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S4的实现方式为：基于验证集的单木叶面积密度和降雨截留量数据，采用步骤S3中构建的线性、幂、对数、指数、二次多项式模型估算降雨截留量，并与实际降雨截留量进行比较，确定林木冠层垂直结构降雨减缓最优模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S5的实现方式为：基于步骤S4中得到的林木冠层垂直结构降雨减缓最优模型，结合区域状况，揭示区域林木冠层垂直结构降雨减缓规律。