阅读说明：本技术 一种地基三维激光扫描的林分调查样木精准编码生成方法 (Method for generating accurate codes of forest stand survey sample trees through three-dimensional laser scanning of foundation ) 是由 温小荣 杨杰 刘磊 朱硕 于 2021-01-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种地基三维激光扫描的林分调查样木精准编码生成方法,属于林分调查领域。本发明针对目前地基三维激光扫描进行林分标准地调查时,扫描得到的激光点云数据其样木编号难以确定的问题；在进行实测样木测树因子对比时,传统的数字标号方法不能适应地基三维激光扫描进行林分标准地调查的样木标号需求的问题,提出一种地基三维激光扫描的林分调查样木精准编码生成方法,该方法通过将放了反光片的m×n宫格视为被染色的m×n宫格；设染色的格子数为k；求取宫格染色的解集S以及能被正确识别的情况解集S中元素个数|S|和耗材数N；能够快速确定单期或多期林分标准地每株样木的位置,以适应于地基激光进行林分调查的林木测树因子对比分析的需求。(The invention discloses a method for generating accurate codes of forest stand survey sample trees by three-dimensional laser scanning of a foundation, and belongs to the field of forest stand survey. The method aims at the problem that the sample wood number of the laser point cloud data obtained by scanning is difficult to determine when forest stand standard ground investigation is carried out by foundation three-dimensional laser scanning at present; when actual measurement sample tree measurement factor comparison is carried out, the traditional digital labeling method cannot adapt to the problem of sample tree labeling requirements of forest standard ground investigation carried out by foundation three-dimensional laser scanning, and a forest stand investigation sample tree accurate coding generation method of foundation three-dimensional laser scanning is provided, wherein m × n grids with light reflecting sheets are regarded as dyed m × n grids; setting the number of dyed grids as k; solving a solution set S of the grid dyeing, and the number | S | and the number N of consumables in the condition solution set S which can be correctly identified; the position of each sample tree in a single-stage or multi-stage forest stand standard area can be quickly determined so as to meet the requirements of forest tree measuring factor comparative analysis of forest stand investigation by using laser on the basis.)

一种地基三维激光扫描的林分调查样木精准编码生成方法

技术领域

本发明属于林分调查领域，具体涉及一种地基三维激光扫描的林分调查样木精准编码生成方法。

背景技术

在地基三维激光扫描进行林分标准地调查时，需要对林分标准地样木进行标号，传统的数字标号方法由于无法辨别多个站点拼接数据中树木的相应编号，不能适应地基三维激光扫描进行林分标准地调查的样木标号需求。另外，目前的地基三维激光扫描数据提取技术无法直观对比多期标准地找出某些符合研究者特定要求(如采伐、枯死、发病或被竞争)的树木，且无法迅速定位其在标准地内的样木位置。为了解决上述问题，需要采用能够识别地基三维激光扫描数据的特定编码方法，为林分标准地每株样木制作特定编码的标牌，并在地基三维激光扫描后能够显示并快速识别该编号。

在制作这种特定标牌时，需选用能够反射激光雷达的材料，这种材料简称为反射片。目前市面上的反射片均为正方形，如果待测区域面积较大，待测对象数量较多时，如何节约材料成本也是急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种地基三维激光扫描的林分调查样木精准编码生成方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种地基三维激光扫描的林分调查样木精准编码生成方法，包括以下步骤：

1)将放了反光片的m×n宫格视为被染色的m×n宫格；设染色的格子数为k：

2)第一个染色格子在第一行第一列时，则在剩余mn-1个格子中染色k-1个的情况均为解，共个；

3)第一个格子在第一行的其他列t时，则将待染色中k-2个按照一定的顺序在第一个染过色的格子之后开始填充到最后一行最后一列之前的格子中，即在mn-t-1个格子中需染色k-2个；

4)若倒数第二个染色格子在第一列或者倒数第二个染色格子不在第一列但第一列中有已被染色的格子，则在其后方的全部空格都能构成独立解；若倒数第二个染色格子在倒数第一行的非第一列，则为0解；若倒数第二个格子在非第一列且非倒数第一行，则宫格的总行数减去该格子所在行数为独立解的个数；

5)将上述解的数量累加起来，即为宫格染色的解集S；

6)m×n宫格中一共能被正确识别的情况则为解集S中元素个数|S|，耗材数即反光片数即为S中的染色数之和，用N代表耗材数。

进一步的，步骤1)中，1≤k≤mn。

进一步的，步骤3)中，1＜t≤n。

进一步的，有效占用率

进一步的，当m×n宫格为3×3维九宫格时，其3×3维宫格中一共能被正确识别的情况则为解集S中元素个数|S|为400。

进一步的，当m×n宫格为3×3维九宫格时，其耗材数N为1952。

进一步的，当m×n宫格为3×3维九宫格时，有效占用率为0.542222。

有益效果：相比于现有技术，本发明的优点为：

本发明针对目前地基激光进行林分标准地调查时，扫描得到的激光点云数据其样木编号难以确定的问题；在进行实测样木测树因子对比时，传统的数字标号方法不能适应地基三维激光扫描进行林分标准地调查的样木标号需求的问题，公开了一种地基三维激光扫描的林分调查样木精准编码生成方法，能够快速确定单期或多期林分标准地每株样木的位置，以适应于地基激光进行林分调查的林木测树因子动态监测对比分析的需求。

附图说明

图1为林分标准地调查样木编号示意图；

图2为地基三维激光扫描样木编号示意图后的效果图；

图3为九宫格染色问题染色数分布图；

图4至图10为本发明编码方法生成的九宫格编码结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

在点云数据中，反射图像上只有反射片能够被清晰判读，其背后的3*3维的九宫格是不可见的。这样就存在几何特征相似的两个编码用地基三维激光扫描得到的数据将会一样。如图1-图2所示，图2为图1的实际扫描效果图，图1(e)所示的编号在3*3维九宫格内有4种情况，其中图1(a)、图1(b)为其中2种，另外两种分别为图1(a)中染色区同时向下平移一格形成的图1(c)以及图1(b)中染色区同时向上平移一格的图1(d)。当待测对象较多时，需计算3*3维九宫格内放置反射片最多能被正确识别的情况有多少种。本发明将放了反光片的3*3维九宫格假定为被染色的九宫格。

设被染色的九宫格为M，解集S满足不存在M_j∈S，i≠j，使得M_j中被染色的区域经过平移后能得到M_i，则一共能被正确识别的情况则为解集S中元素个数|S|，耗材数则为S中每个九宫格中染色数之和，记作N。

记被染色为1，未染色为0，如图1中的九宫格中，(a)可记作(b)可记作同样的，我们还可以找到与M₁具有“相同性质”的故这四种情况只能保留一解留在解集S中，以此类推。需要注意的是，平移只能在九宫格的边界内平移，不能出现循环平移，比如和记九宫格中第i行第j列的格子为a_ij，则M₅的a₁₃不能挪到M₆的a₁₁位置上，故M₅和M₆是解集中的两个元素。

为了更具普遍性，将九宫格扩展为m×n宫格，可以用m×n矩阵表示，其中，m为m×n宫格的行数，n为m×n宫格的列数，设染色的格子数为k，显然1≤k≤mn。

(1)只需判断第一个染色的格子在第一行的解的情况，因为第一个染色格子在其他行必定可以由第一个染色格子在第一行构成的解集中的元素向下平移得到。

(2)第一个染色格子在第一行第一列时，则在剩余mn-1个格子中染k-1个的情况均为解，共个；

(3)第一个格子在第一行的其他列t(1＜t≤n)时，则将待染色中k-2个按照一定的顺序在第一个染过色的格子之后开始填充到最后一行最后一列之前的格子中，也就是说，在mn-t-1个格子中需染色k-2个。

(4)若倒数第二个染色格子在第一列或者倒数第二个染色格子不在第一列但第一列中有已被染色的格子，则在其后方的全部空格都能构成独立解；

若倒数第二个染色格子在倒数第一行的非第一列，则为0解；

若倒数第二个格子在非第一列且非倒数第一行，则宫格的总行数减去该格子所在行数为独立解的个数。

(5)将这些循环的解的数量累加起来，即为宫格染色的解集S；

(6)m×n宫格中一共能被正确识别的情况则为解集S中元素个数|S|，耗材数即反光片数即为S中的染色数之和，用N代表耗材数。

以九宫格求解结果如表1作为展示。设染色数x_i、(此处的x_i相当于m×n宫格的k)在解集S中对应的解的个数n_i、总染色数N＝∑x_in_i，且用有效占用率计算总染色数占解集中所有九宫格未染色时(或去除全部染色后)的空间以评估反射片使用效率的高低，即有效占用率

表1九宫格染色问题求解结果

x<sub>i</sub>	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										n<sub>i</sub>	1	12	48	97	114	82	36	9	1

解集S中元素的个数|S|为400，总染色数N为1952，有效占用率为0.542222。

本发明编码方法生成的九宫格编码结果如图4至图10所示，其能够快速确定单期或多期林分标准地每株样木的位置，以适应于地基激光三维扫描进行林分调查的林木测树因子动态监测对比分析的需求。