[发明专利]基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法

说明书

本发明涉及一种基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法。包括：步骤1、选取沙滩样地，利用三维激光扫描仪获取沙滩的点云数据；步骤2、对获取的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，拟合出点云强度与含水率的函数，构建含水率反演模型，最终得到沙滩表层含水率反演结果。本发明利用三维激光扫描仪获取到的点云强度信息，构建了沙滩表层含水率反演模型，降低了沙滩表层含水率的监测难度，提高了监测效率与精度。

技术领域

本发明属于海岸带环境监测领域，具体涉及一种基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法。

背景技术

沙滩表层含水率被认为是海岸风沙运动的关键因素，对于研究海岸风沙运动问题至关重要。但由于海滩地形、潮汐、地下水、降水和蒸发等因素的综合作用，沙滩表层含水率在空间和时间上呈现高度动态的特点，现有的技术不足以监测较大范围沙滩的表层水分动态，这阻碍了在较大沙滩区段上开发更符合实际的风沙输运模型。

目前，对于沙滩表面含水率的测量方法主要分为两类：

一是基于现场采样进行测量，包括传统的烘干称重法、探针法等。这种方法往往需要耗费大量人力，且只能得到某些稀疏离散点的数据，不能很好的反映出整个区域的水分分布情况。

二是遥感图像反演法，这种方法具有测量范围广、非接触性的优点，但其地面分辨率往往只能达到米级，且易受天气、云层、光照等因素的影响。

综上所述，现有的技术手段均无法实现对较大范围的沙滩进行高效率、高精度的含水率监测。为解决现有问题，本发明提供一种基于点云强度进行沙滩表层含水率反演的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于点云强度的沙滩表层含水率反演方法，包括如下步骤：

步骤1、选取沙滩样地，利用三维激光扫描仪获取沙滩的点云数据；

步骤2、对获取的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。

在本发明一实施例中，在步骤1中，所述利用三维激光扫描仪获取沙滩点云数据的过程是通过调查人员选取样地中心点，通过三脚架对三维激光扫描仪进行架设扫描，获取沙滩点云数据。

在本发明一实施例中，步骤2具体包括如下过程：

A01、对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、忽略大气衰减等次要因素，仅考虑入射角和距离因素对点云强度的影响，点云强度可表示为：

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。入射角θ与距离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。