[发明专利]一种林木冠层垂直结构降雨减缓规律测定方法

说明书

本发明涉及一种林木冠层垂直结构降雨减缓规律测定方法。首先、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；其次、基于降雨测量装置获取林木穿透雨数据集；再而、构建基于叶面积密度的林木冠层垂直结构降雨减缓模型；而后、验证并选择最优的林木冠层垂直结构降雨减缓模型；最后、获取区域林木冠层垂直结构降雨减缓规律。本发明方法借助于地面三维激光雷达获取林木叶面积密度，穿透雨装置获取降雨数据，实现林木冠层垂直结构降雨减缓规律的测定。

技术领域

本发明涉及林业领域，特别是一种林木冠层垂直结构降雨减缓规律测定方法。

背景技术

水土流失是人类面临的全球性的严峻生态环境问题。林木垂直结构在降雨减蚀过程中发挥着两个功能作用：林木冠层对降雨的截留和林下植被对穿透雨及树干茎流的截留。其中林木冠层对降雨的截留，较大地减小了降雨对土壤的直接冲蚀力，是减少、控制水土流失的重要保障。对林木冠层垂直结构降雨减缓规律的测定不仅可以推算区域发生水土流失的可能性及流失量大小，亦可为林业部门制定相关的营林措施提供辅助。但现有的林木降雨减缓规律的测定中林木冠层参数多采用植被覆盖度的方法，存在以下不足：采用目视法确定植被覆盖度，精度低；将“三维”林木冠层“二维”化的植被覆盖度中未能有效表达出林木冠层垂直结构降雨减蚀功能的差异性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种林木冠层垂直结构降雨减缓规律测定方法，借助于地面三维激光雷达获取林木叶面积密度，穿透雨装置获取降雨数据，实现林木冠层垂直结构降雨减缓规律的测定。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种林木冠层垂直结构降雨减缓规律测定方法，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。

进一步的，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。

进一步的，所述步骤S1的具体实现步骤如下：

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：