树木修剪废弃物碳排放预测方法、系统、电子设备和介质

本技术属于绿地生物量计算领域，尤其涉及一种树木修剪废弃物碳排放预测方法、系统、电子设备和介质。

背景技术：

1、城市树木是城市绿地最重要的组成部分，然而城市树木的隐含碳排放有可能抵消城市树木的碳汇效益，其中树木修剪下来的废弃枝条是城市树木重要的碳排放来源。然而目前研究树木修剪产生的碳排放时，通常使用固定的修剪比例预测树木修剪体积从而计算树木修剪废弃物产生的碳排放，这往往忽视了树木年龄、形态和修剪方式的差异，造成树木修剪体积的预测不准确进而导致树木修剪废弃物碳排放预测不准确。此外，目前也有研究直接采用对待修剪的枝条实际测量的方式来预测修剪体积进而预测出树木修剪废弃物碳排放，但该方法成本较高，效率较低，且具有实施难度。

2、因此，如何准确高效的预测出树木修剪废弃物碳排放，这是急需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例所解决的技术问题之一在于提供一种树木修剪废弃物碳排放预测方法、系统、电子设备和介质，用以尽量克服或避免上述问题。

2、基于上述目的，本技术提供一种树木修剪废弃物碳排放预测方法，包括：获取由地面激光雷达扫描仪采集到的目标区域的树木群落点云数据；对所述点云数据进行点云分割，得到目标树木的点云文本文件，并利用定量结构模型将所述点云文本文件转换成3d模型文件格式的所述目标树木的三维结构模型；利用rhinoceros 3d建模软件读取所述目标树木的三维结构模型；根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的修剪条件、修剪参数以及枝条间的相交关系模拟出所述目标树木的修剪后的形态并分别计算出主干、二级枝条、三级枝条、主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积；将所述主干、二级枝条、三级枝条的体积之和作为所述目标树木的整树体积，将所述主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积之和作为所述目标树木的修剪后的体积；将所述目标树木的整树体积与修剪后的体积作差，得到所述目标树木的修剪体积；以单棵树木为单位，遍历所述目标区域，对所述目标区域内的每棵树木的修剪体积进行计算并求和，得到所述目标区域内树木群落的预测修剪体积；根据所述目标区域内树木群落的预测修剪体积计算所述目标区域内树木群落的修剪废弃物产生的碳排放。

3、可选地，在所述对所述点云数据进行点云分割之前，还包括：对所述点云数据进行预处理，所述预处理至少包括点云重采样、点云去噪、地面点分类、点云归一化。

4、可选地，在所述利用rhinoceros 3d建模软件读取所述目标树木的三维结构模型之后，还包括：在所述rhinoceros 3d建模软件中根据所述目标树木的三维结构模型构建所述目标树木的mesh三角网格面模型；根据所述目标树木的树木结构将所述mesh三角网格面模型划分为若干个封闭的三角网格体，所述三角网格体用于区分出所述目标树木的一种树木结构的整体，所述树木结构至少包括主干、二级枝条、三级枝条；所述根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的修剪条件、修剪参数以及枝条间的相交关系模拟出所述目标树木的修剪后的形态并分别计算出主干、二级枝条、三级枝条、主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积，包括：根据所述三角网格体区分出来的所述树木结构的整体以及在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的修剪条件、修剪参数以及枝条间的相交关系，模拟出所述目标树木的修剪后的形态并分别计算出主干、二级枝条、三级枝条、主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积。

5、可选地，所述根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的修剪条件、修剪参数以及枝条间的相交关系模拟出所述目标树木的修剪后的形态并分别计算出主干、二级枝条、三级枝条、主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积，包括：将体积小于预设的有效枝条体积阈值的所述三角网格体进行删除，得到所述目标树木的有效枝条；在所述有效枝条中划分出所述目标树木的主干并计算出所述主干的体积；对于划分出主干后的所述有效枝条，判断每个所述有效枝条是否与所述主干相交；根据枝条间的相交关系，将判断结果为“是”的所述有效枝条判定为二级枝条并计算出所述二级枝条的体积；根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的二级枝条对应的修剪条件以及修剪参数对所述二级枝条进行修剪，得到二级枝条修剪后剩余部分的三角网格体并计算所述二级枝条修剪后剩余部分的体积；根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的主干对应的修剪条件以及修剪参数对所述主干进行修剪，得到主干修剪后剩余部分的三角网格体并计算所述主干修剪后剩余部分的体积；对于划分出主干以及二级枝条后的所述有效枝条，判断每个所述有效枝条是否与所述二级枝条相交；根据枝条间的相交关系，将判断结果为“是”的所述有效枝条判定为三级枝条并计算出所述三级枝条的体积；根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的三级枝条对应的修剪条件以及修剪参数对所述三级枝条进行修剪，得到三级枝条修剪后剩余部分的三角网格体并计算所述三级枝条修剪后剩余部分的体积；根据所述主干修剪后剩余部分、所述二级枝条修剪后剩余部分、所述三级枝条修剪后剩余部分的三角网格体模拟出所述目标树木的修剪后的形态。

6、可选地，在所述根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的二级枝条对应的修剪条件以及修剪参数对所述二级枝条进行修剪之前，还包括：计算有效二级枝条体积阈值，所述有效二级枝条体积阈值为预设的有效二级枝条系数与体积最大的所述二级枝条的体积的乘积；判断每个所述二级枝条的体积是否小于所述有效二级枝条体积阈值；将判断结果为“是”的所述二级枝条进行删除。

7、可选地，所述根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的三级枝条对应的修剪条件以及修剪参数对所述三级枝条进行修剪之前，还包括：计算每一个三级枝条对应的有效三级枝条体积阈值，所述三级枝条对应的有效三级枝条体积阈值为预设的有效三级枝条系数与和所述三级枝条相连接的二级枝条的体积的乘积；判断每个所述三级枝条的体积是否小于所述三级枝条对应的有效三级枝条体积阈值；将判断结果为“是”的所述三级枝条进行删除。

8、可选地，所述碳排放的计算公式如下：

9、c=v×ρ×i×ef

10、其中，c表示所述目标区域内树木群落的修剪废弃物产生的碳排放量，v表示所述目标区域内树木群落的预测修剪体积，ρ表示被修剪的枝条的平均密度，i表示被修剪的枝条的含碳量系数，ef表示碳排放因子。

11、本技术实施例还提供了一种树木修剪废弃物碳排放预测系统，包括：数据获取模块，用于获取由地面激光雷达扫描仪采集到的目标区域的树木群落点云数据；三维结构模型生成模块，用于对所述点云数据进行点云分割，得到目标树木的点云文本文件，并利用定量结构模型将所述点云文本文件转换成3d模型文件格式的所述目标树木的三维结构模型；单棵树木修剪体积计算模块，利用rhinoceros 3d建模软件读取所述目标树木的三维结构模型；根据在所述rhinoceros 3d建模软件中预先设置的修剪条件、修剪参数以及枝条间的相交关系模拟出所述目标树木的修剪后的形态并分别计算出主干、二级枝条、三级枝条、主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积；将所述主干、二级枝条、三级枝条的体积之和作为所述目标树木的整树体积，将所述主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积之和作为所述目标树木的修剪后的体积；将所述目标树木的整树体积与修剪后的体积作差，得到所述目标树木的修剪体积；目标区域树木修剪体积之和计算模块，用于以单棵树木为单位，遍历所述目标区域，对所述目标区域内的每棵树木的修剪体积进行计算并求和，得到所述目标区域内树木群落的预测修剪体积；树木修剪废弃物碳排放预测模块，用于根据所述目标区域内树木群落的预测修剪体积计算所述目标区域内树木群落的修剪废弃物产生的碳排放。

12、本技术实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如上所述方法对应的操作。

13、本技术实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。

14、由以上技术方案可见，首先获取由地面激光雷达扫描仪采集到的目标区域的树木群落点云数据；对点云数据进行点云分割，得到目标树木的点云文本文件，并利用定量结构模型将点云文本文件转换成3d模型文件格式的目标树木的三维结构模型；再将三维结构模型导入rhinoceros 3d建模软件中；根据在rhinoceros 3d建模软件中预先设置的修剪条件、修剪参数以及枝条间的相交关系模拟出目标树木的修剪后的形态并分别计算出主干、二级枝条、三级枝条、主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积；将主干、二级枝条、三级枝条的体积之和作为目标树木的整树体积，将主干修剪后剩余部分、二级枝条修剪后剩余部分、三级枝条修剪后剩余部分的体积之和作为目标树木的修剪后的体积；将目标树木的整树体积与修剪后的体积作差，得到目标树木的修剪体积；以单棵树木为单位，遍历目标区域，对目标区域内的每棵树木的修剪体积进行计算并求和，得到目标区域内树木群落的预测修剪体积，最后根据目标区域内树木群落的预测修剪体积计算目标区域内树木群落的修剪废弃物产生的碳排放。本技术通过地面激光雷达扫描仪采集到的点云数据计算修剪体积，大大提高了计算效率，采用rhinoceros 3d建模软件对树木模型进行处理，能够直观的展示给用户树木的修剪后的形态，用户可以根据该树木形态对树木进行修剪，同时rhinoceros 3d建模软件能够根据修剪条件以及修剪参数进行遍历直接得出每个树木的各个枝条的体积，用户可以根据这些数据预测出修剪废弃物产生的碳排放，整个预测过程简单高效，容易实现，且预测结果较为准确。