(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210766380.4 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 江苏集萃未来城市应用技 术研究所 有限公司 地址 215000 江苏省苏州市相城经济技 术 开发区澄阳街道澄阳路116号阳澄湖 国际创业园3号楼3层3 01-313房屋 (72)发明人 汤立凡　牛运丰　张昊　华蕊　 (74)专利代理 机构 苏州久元知识产权代理事务 所(普通合伙) 32446 专利代理师 潘宏伟 (51)Int.Cl. G06T 7/187(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/143(2017.01)G06T 7/32(2017.01) G06V 10/762(2022.01) G06V 10/764(2022.01) G06V 10/80(2022.01) (54)发明名称 一种基于融合LiDAR点云数据的单木分割方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于融合LiDAR点云数据 的单木分割方法。 基于融合LiDAR点云数据的单 木分割方法包括如下步骤： 首先对 预处理过后的 地基LiDAR和机 载LiDAR数据进行配准， 完成数据 的融合； 通过点云滤波算法生 成高精度的数字地 面模型， 进而归一化点云的分布， 剔除地形对森 林分布的影 响； 再结合插值算法生成冠层高度模 型， 利用局部最大值滤波器探测树顶； 然后利用 基于点云的聚类算法进行分割， 得到树木单体； 最终采用探测率、 准确率和F得分的评价指标评 估分割精度。 基于LiDAR点云数据的单木分割方 法可以高效、 高精度的实现森 林点云数据的单木 提取， 方便后续 开展单木参数反演工作。 权利要求书2页 说明书3页 附图2页 CN 115100232 A 2022.09.23 CN 115100232 A 1.一种基于融合 LiDAR点云数据的单木分割方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 通过无人机载和地基激光雷达设备获取的LiDAR点云数据， 利用采样一致性算法等方 法融合后的点云数据； 通过点云滤波算法将地面点云分离出来生成数字地面模型， 根据模型来归一化点云的 分布， 剔除地形对 森林分布的影响； 通过空间插值方法生成森林 冠层高度模型， 利用局部最大值滤波器探测树木种子点； 通过聚类方法， 确定种子点后分层确定阈值并判断点云归属， 以自上而下顺序完成单 木点云的分割； 通过由探测率、 准确率和F 得分三部分组成的评价指标评估单木分割结果的精度。 2.根据权利要求1所述的单木分割方法， 其特征在于， 所述无人机载和地基激光雷达设 备获取的LiDAR点云数据， 需要先进行地基LiDAR多站点拼接、 无人机载LiDAR航带拼接和点 云去噪等预处理工作。 完成点云数据预 处理后， 需利用快速点特征直方图、 采样一致性算法 等方法对地基LiDAR和机载LiDAR数据进行配准， 进而完成多源平台、 海量点云数据的融合， 获得更加完整的冠层三维结构。 3.根据权利要求1所述的单木分割方法， 其特征在于， 所述点云滤波算法采用TIN滤波 算法来提取地面点云。 该算法核心思想是将最邻近的三个点相连成一个面， 这个面具备相 同的坡度和坡向。 该算法大致分为三个步骤： 首先寻找最低点作为种子点构建初始的三角 网； 然后用所有的点云计算参数， 即高度阈值和角度阈值； 最后判断新点云是否小于阈值， 如果小于阈值则判断为地面点并重构三角网， 否则判断为 非地面点。 迭代进行点云加密， 直 到完成所有点云的判断。 提取完地面点云后， 对森林点云进 行归一化处理， 剔除地形对森林 分布的影响。 4.根据权利要求1所述的单木分割方法， 其特征在于， 所述空间插值方法采用反距离倒 权法来生成冠层高度模型。 该算法是根据已知点和预测点之间的距离来确定权重的插值方 法， 离得越近影响越大， 离得越远影响越小。 该算法没有引入复杂的拟合公式， 比较符合森 林冠层的高度多变但是影响范围等同于树冠尺寸的特点。 生成冠层高度模型之后， 需利用 局部最大值滤波器寻找多个局部最高点作为树冠顶点和对应的(X,Y)值作为树的空间位 置。 5.根据权利要求1所述的单木分割方法， 其特征在于， 所述点云聚类方法是利用点云在 三维空间上的位置， 根据点云之 间的欧式距离来划分点云的归属。 由于树木独有的特点， 树 冠大树干小， 树冠 的形状也分为圆锥形和椭球形两大类， 所以点云聚类的距离不能固定成 单一的值， 而 是将整个归一化的植被点云分成几个层次， 每个层次划分一个聚类距离， 和树 冠中心距离小于阈值则属于该树冠 的点云， 否则就属于其他单木。 最终通过迭代比较不断 地归类附近的点云， 从而形成一个 个的单木 。 6.根据权利要求1所述的单木分割方法， 其特征在于， 完成单木分割过程后需对分割结 果做精度评估， 判断单木分割的效果可以从数量和质量两个角度来分析， 以地面实测单木 的空间位置和实测参数为真值， 采用由探测率、 准确率和F得分三个判别指标构成的精度评 价方法来进行 单木分割结果的评估。 7.根据权利要求6所述的精度评价方法， 其特征在于， 所述三个判别指标分别由三个公权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115100232 A 2式计算取得： 探测率r由公式 计算取得； 准确率p由公式 计算取得； F得分由 公式 计算取得。 其中， r代表冠幅的探测率； p代表探测出冠幅的准确率； F则由r和p 利用第三个公式计算所得， 分值是对单木分割效果的量化表达； Nt代表正确分割； N0代表漏 分割； Nc代表过度分割。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115100232 A 3