基于改进凸包算法的树冠轮廓点提取与体积计算

董亚涵，李永强，李鹏鹏，吕亚磊

(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454003)

树木作为城市景观中的组成部分，具有重要的生态和环境服务功能，树冠是树木进行光合作用的主要场所，对人类的生活具有重要意义[1,2]。作为树木变化最频繁的部分，树冠的体积是进行树木生长检测和生物量计算研究的重要测量因子，因此树冠体积的测量必须满足一定精度。对于树冠的信息采集，传统方法主要使用围尺、测高仪、测距仪、全站仪等测量仪器对树冠冠幅、树冠高进行测量，但由于传统方法采集的数据不完整，精度不高并不足以对其进行深入分析，而三维激光扫描仪可以高效率、高精度地获取树冠表面的三维点云数据[3-8]。

对于使用点云数据计算树冠体积，常规方法是从点云数据中提取树冠的冠幅、冠高等信息，再将树冠近似为规则几何体，按规则几何体的体积计算公式进行估算树冠体积。但由于树冠结构复杂且不对称，这种方法计算树冠体积易造成较大误差，并不符合精度要求。为此众多学者提出了改进方法，如熊妮娜等将树冠等间距分成多个部分，并将各个部分近似为规则台体，对台体进行体积计算并累加得到树冠体积[9]。韦雪花提出体元模拟法，将树冠点放入体元并设置体元边长阈值，通过计算有效体元数计算树冠体积，经实验证明，当选择的体元边长为1 cm 时，计算出的树冠体积最接近真值[10]，但未考虑到由于树冠遮挡而形成的伪空隙，使用体元模拟法计算的树冠体积往往偏小。……