一种解决林分中针叶树三维模型树冠分枝交叉重叠的方法与流程

文档序号:25526187发布日期:2021-06-18 20:15阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种解决林分中针叶树三维模型树冠分枝交叉重叠的方法,其特征在于含有以下步骤:基于枝干分离可控的林木三维模型,在实测数据构建的冠形曲线限定下自动加载分枝模型,判断相邻林木之间分枝有无交叉重叠情况,如有此类情况按照两株树空间竞争比例交替删减两树的分枝模型,在保证实测数据真实反映在三维模型的基础上。

2.根据权利要求1所述的一种解决林分中针叶树三维模型树冠分枝交叉重叠的方法,其特征在于具体含有以下步骤:包括冠形曲线限定下枝干分离可控的林木三维模型构建步骤及消除相邻林木三维模型树冠分枝交叉重叠的分枝调整步骤。

3.根据权利要求2所述的一种解决林分中针叶树三维模型树冠分枝交叉重叠的方法,其特征在于林木三维模型构建步骤操作步骤如下:

枝干分离可控林木三维模型构建:

将调查获得的树高、冠高、枝下高、冠幅等林木树冠参数实测数据带入到树木冠形曲线函数中,求得所要构建林木的冠形曲线;

冠形曲线公式如下:

式中:hup、hdown为所构建冠形曲线方向树冠宽度x对应的高度;h为树高;hc为冠高;hb为枝下高;α1,α2为冠形指数;cr为冠幅;

式中:x为树冠宽度;hup、hdown为所构建冠形曲线方向树冠宽度x对应的高度;h为树高;hc为冠高;hb为枝下高;α1为冠形指数,α2为冠形指数,根据树种不同取值范围不同,为了简化计算同一株树的α1、α2取相同的值;cr为冠幅,xα1、xα2为幂函数冠形曲线次方项,其中xα1为冠高以上部分树冠宽度x的相应树种冠形指数α1次方;xα2为冠高以下部分树冠宽度x的相应树种冠形指数α2次方;crα1为冠幅cr的相应树种冠形指数α1次方;crα2为冠幅cr的特定树种冠形指数α2次方;

依照树木形态结构特点,对林木的东西南北四个方向树冠参数进行量测,计算拟合林木四个方向冠形曲线对树冠形态进行数学化表达,作为林木树冠三维模型的外轮廓限定条件;

根据林木形态结构相关资料查询结果以及样地实测的林木一级分枝轮数、个数,一级分枝方位角与分枝仰角等林木树冠结构信息统计整理的结果,从各个方向枝下高位置开始,按照调查统计结果逐一给一级枝的方位角、分枝仰角赋值;

林木节间是林木生长过程中芽与芽之间的树枝部分,根据调查统计结果,在相应树种林木节间大小范围内随机给定节间长度,在上一分枝高度基础上加上给定节间长度作为同方向下一个分枝的着枝点位置,将待模拟一级枝从着枝点位置按照赋值的方位角与仰角方向做射线,射线与冠形曲线的相交点作为分枝匹配点,以着枝点与匹配点距离作为该一级分枝长度;

按照林木削度方程构建的主干模型根据样地调查数据相对位置情况布设,将构建的一级分枝模型按照上述方法自动加载到主干相应位置,至此完成枝干分离可控的林木三维模型构建。

4.根据权利要求2所述的一种解决林分中针叶树三维模型树冠分枝交叉重叠的方法,其特征在于消除相邻林木三维模型树冠分枝交叉重叠的分枝调整步骤包括相邻林木模型树冠分枝交叉重叠消除:

步骤2.1)相邻林木树冠分枝交叉重叠判断:

根据调查数据获取林木的位置坐标(x,y,z)布设林木模型,对林木四个方向分别判断相邻木的树冠部分有无交叉重叠情况;在林木三维模型构建部分已经定义了林木四个方向冠形曲线与分枝匹配点分布方法,在此基础上对相邻林木的相邻位置树冠的冠形曲线判断二者相交情况,并将交叉重叠部分所包含的分枝匹配点记录;

交叉部分冠形曲线与分枝匹配点记录可以根据针叶树冠形特点与林分中常见的相邻木冠形曲线相交分为相邻木上下冠形曲线分别相交、一株树上下冠形曲线与另一株树上冠形曲线相交两种情况;

两种情况下可以求解冠形曲线交点:

步骤a)当第一树和第二树的上下冠形分别相交时,根据以下公式可求得相交点的高度h_up和h_down;

式中,f1_up(x1)为第一树的上冠形曲线方程,x1为上冠形相交时第一树的水平距离,f2_up(dis-x1)为第二树的上冠形曲线方程,dis为第一树与第二树的距离,f1_down(x2)为第一树的下冠形曲线,x2为下冠形相交点与第一树的水平距离,f2_down(dis-x2)为第二树的下冠形曲线方程;

步骤b)当第一树的上冠型与第二树的上下冠形相交时,根据以下公式可求得相交点的高度h_up和高度h_down;

式中,f1_up(x1)为第一树的上冠形曲线方程,x1为上冠形相交点与第一树的水平距离,f2_up(dis-x1)为第二树的上冠形曲线方程,dis为第一树与第二树的距离,x2为下冠形相交点与第一树的水平距离,f2_down(dis-x2)为第二树的下冠形曲线方程;

至此将相邻木冠形曲线相交部分交点获取,将上下交点带入冠形曲线可以获得交叉部分曲线,记录该部分曲线以及所包含分枝匹配点,如冠幅所在分枝在交叉部分曲线范围内,则记录冠幅匹配点;

步骤2.2)分枝调整消除相邻木树冠交叉重叠:

上部分进行了相邻林木树冠分枝交叉重叠情况的判断,在判定为存在交叉重叠的情况下,对交叉重叠部分的分枝按照两株树空间竞争比例交替删除分枝模型,实现消除两株树树冠模型交叉重叠;

至此完成枝干分离可控林木三维模型构建以及调整分枝模型消除相邻林木树冠交叉重叠情况的全部过程。


技术总结
一种解决林分中针叶树三维模型树冠分枝交叉重叠的方法,属于林业科学研究中的林木三维建模技术领域。基于枝干分离可控的林木三维模型,在实测数据构建的冠形曲线限定下自动加载分枝模型,判断相邻林木之间分枝有无交叉重叠情况,如有此类情况按照两株树空间竞争比例交替删减两树的分枝模型,在保证实测数据真实反映在三维模型的基础上。本发明的优点是:实现方式简单有效,充分考虑了林分空间中林木形态特征,可实现虚拟环境中林木三维模型符合生长规律、林木形态结构规律的模拟,其模拟结果符合林业应用需求。

技术研发人员:张怀清;崔泽宇;朱念福;杨廷栋
受保护的技术使用者:中国林业科学研究院资源信息研究所
技术研发日:2021.03.16
技术公布日:2021.06.18
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