[发明专利]基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法

权利要求书

1.一种基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、选取沙滩样地，在样地中心利用三维激光扫描仪获取沙滩点云数据；

步骤2、对获取的沙滩点云数据进行预处理，构建点云强度入射角、距离效应的改正模型；

步骤3、进行室内扫描实验，对不同含水率沙样的点云强度进行标定，拟合出点云强度——含水率函数，构建含水率反演模型，最终得到沙滩表层含水率反演结果。

2.根据权利要求1所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤2具体包括如下过程：

A01、对沙滩点云数据进行滤波去噪处理，以三维激光扫描仪位置为起点，裁剪出一块矩形区域；

A02、忽略包括大气衰减的次要因素，仅考虑入射角和距离因素对点云强度的影响，将点云强度表示为：

I＝f(ρ)·f(θ,d)

其中，I为原始点云强度值，f(ρ)代表目标反射率函数，f(θ,d)代表入射角θ和距离d的函数；

A03、计算矩形区域的点云数据中，每个点的入射角θ与到三维激光扫描仪原点的距离d；

A04、利用Levenberg-Marquardt方法对f(θ,d)进行拟合，建立拟合函数模型，对点云强度进行改正。

3.根据权利要求2所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤A03中，每个点的入射角θ与到三维激光扫描仪原点的距离d的计算公式如下：

式中，S(x,y,z)为点云空间三维坐标，O(x₀,y₀,z₀)为三维激光扫描仪原点坐标，为点云法向量，为激光入射角向量。

4.根据权利要求2所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤A04中，对点云强度进行改正的公式如下：

式中，I_s为改正后的点云强度值，θ_s为参考角度，d_s为参考距离。

5.根据权利要求1所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤3具体包括如下过程：

B01、在实验室内用无封口塑料盒配制出饱和含水率的沙样，使用三维激光扫描仪对沙样进行扫描；

B02、将沙样放入温度为80℃的烘干箱中进行烘干，期间每隔10分钟取出沙样进行扫描、称重，直至沙样的质量不再发生变化，计算各时间沙样的含水率；

B03、将获取各时间段沙样的点云强度通过步骤2进行改正，选定参考角度θ_s为45°，参考距离d_s为10m；

B04、计算改正后点云强度的平均值作为该含水率沙样的点云强度；

B05、拟合点云强度——含水率的函数模型，利用最小二乘法计算拟合参数；

B06、将步骤1获取的全部沙滩点云数据进行滤波去噪后，按步骤2进行点云强度改正，把到改正后的强度数据带入函数模型进行计算，获取沙滩表层含水率的反演结果。

6.根据权利要求5所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤B02中，含水率计算公式如下：

式中，w为沙样的含水率，m₁为盒重，m₂为盒与湿样的重量，m₃为盒与干样的重量。

7.根据权利要求5所述的基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，其特征在于，步骤B05中，拟合公式如下：

式中，w_max为沙样最大含水率，w_min为沙样最小含水率，I_s为沙样改正后的点云强度，a、b为待定拟合参数。