基于激光雷达的树木髓心径向定位
发布时间：2021-07-08 16:16
树木髓心是树干内部的重要结构之一,对树木生长、木材性能及加工都有一定的影响。当前对树木髓心的研究重点在于对其进行准确定位,髓心定位是进行林木测量或树干解析的基础。目前主要采用精度较高的直接测量法对树木髓心进行定位,但这种方式需要破坏树木主干,会对树木造成严重损伤。为了解决上述问题,研究并发展树木髓心无损定位势在必行。本文在对树木髓心几何性质进行推断和验证后,开发出一种基于二维激光雷达的树木髓心定位系统。该系统可在无损前提下,通过激光雷达获取树干外轮廓点云数据。在对点云进行重建后,利用髓心特有的几何性质对髓心进行径向定位。最终实验结果表明,该系统可准确在树干横截面上标记一条通过髓心的弦,可以满足在使用生长锥或微钻阻力钻头时对髓心径向定位的要求。本文主要研究内容如下:（1）提出过髓心的最长弦可在误差允许范围内平分树干横截面外轮廓周长,并进行了验证:在Auto CAD软件中对树木圆盘数字图片进行分析,人工确定髓心并作过髓心最长弦线将外轮廓周长分为两部分,测量两部分周长数值并计算误差。最终验证最长弦平分树干横截面外轮廓周长的误差在5%附近波动。（2）利用二维激光雷达经四次定点扫描获取树干外轮廓...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
树干结构示意图
确（吴斡宁和万涛，2013）。不仅如此，髓心与树木内部的许多结构都息息相关，其位置也会影响木材的性质及加工（Boukadidaetal．，2012）。所以，准确地对髓心进行定位在测量树木年轮参数、研究树木生长过程、估算树龄、测定评估木材性能等方面均具有重要意义。实验研究中常假设髓心位于树干中心，但在实际生产生活中，髓心偏倚时常发生，尤其在树干根部和顶部，该情况更为明显和常见，这是由于该位置在树木生长过程中承受的应力较大造成的，该现象的发生增加了髓心定位的困难（AkachukuandAbolarin，1989；张宁等，2017）。图1.2髓心偏倚的示例Figure1.2Examplesofeccentricpith如今已有很多定位方法被用于解决树木髓心定位问题，其中主要以图像处理为基础，通过扫描树干横截面获取树木圆盘图像，在此基础上添加辅助线或应用聚类算法来辅助定位。称此类方法为直接测量法。直接测量法可大幅提升髓心定位的准确性，且即使髓心存在缺失或损伤也不会影响精度，已逐渐成为目前的主流研究方向。但上述方法也存在问题，即在获取树木横截面图像时必须破坏或者切断树木主干，这会对树木的生长造成不可逆的损伤甚至会直接导致树木死亡，即使可以使用侧枝的年轮代替主干年轮获取所需参数进行后续分析，但折断侧枝对活立木的影响也是无法忽略的（袁传武等，2012）。因此，找到一种能最大限度保证树木健康和结构完整的髓心无损定位方法成为亟待解决的问题。与直接测量法相对应，通过非破坏性测量来实现髓心定位的方法称为间接测量法。此类方法可通过非破坏性测量实现树木髓心定位。如利用激光雷达获取某一水平高度上的树干外轮廓点云数据，随后利用点云对外轮廓进行重建，并应用髓心的位置或性质特点在重建的树干横截面外轮廓上实现髓心定位，便能实现快速无损?
确（吴斡宁和万涛，2013）。不仅如此，髓心与树木内部的许多结构都息息相关，其位置也会影响木材的性质及加工（Boukadidaetal．，2012）。所以，准确地对髓心进行定位在测量树木年轮参数、研究树木生长过程、估算树龄、测定评估木材性能等方面均具有重要意义。实验研究中常假设髓心位于树干中心，但在实际生产生活中，髓心偏倚时常发生，尤其在树干根部和顶部，该情况更为明显和常见，这是由于该位置在树木生长过程中承受的应力较大造成的，该现象的发生增加了髓心定位的困难（AkachukuandAbolarin，1989；张宁等，2017）。图1.2髓心偏倚的示例Figure1.2Examplesofeccentricpith如今已有很多定位方法被用于解决树木髓心定位问题，其中主要以图像处理为基础，通过扫描树干横截面获取树木圆盘图像，在此基础上添加辅助线或应用聚类算法来辅助定位。称此类方法为直接测量法。直接测量法可大幅提升髓心定位的准确性，且即使髓心存在缺失或损伤也不会影响精度，已逐渐成为目前的主流研究方向。但上述方法也存在问题，即在获取树木横截面图像时必须破坏或者切断树木主干，这会对树木的生长造成不可逆的损伤甚至会直接导致树木死亡，即使可以使用侧枝的年轮代替主干年轮获取所需参数进行后续分析，但折断侧枝对活立木的影响也是无法忽略的（袁传武等，2012）。因此，找到一种能最大限度保证树木健康和结构完整的髓心无损定位方法成为亟待解决的问题。与直接测量法相对应，通过非破坏性测量来实现髓心定位的方法称为间接测量法。此类方法可通过非破坏性测量实现树木髓心定位。如利用激光雷达获取某一水平高度上的树干外轮廓点云数据，随后利用点云对外轮廓进行重建，并应用髓心的位置或性质特点在重建的树干横截面外轮廓上实现髓心定位，便能实现快速无损?
【参考文献】：
期刊论文
[1]进口辐射松木材主要物理性能径向变异研究[J]. 吴艳华,贾茹,任海青,周永东,邢新婷,吴章康,王玉荣. 林业工程学报. 2019(06)
[2]基于B样条算法的树干表面形貌三维重建研究[J]. 裴魏魏,倪海明,戚大伟. 森林工程. 2019(05)
[3]基于梯度Hough变换和K-medoids聚类的年轮髓心定位[J]. 薛怡宁,何明栩,徐川晴,刘润萌. 电子技术与软件工程. 2019(08)
[4]关于古树档案信息收集的建议[J]. 宋馥杉,张齐兵. 国土绿化. 2019(03)
[5]基于地面激光雷达的田间花生冠层高度测量系统研制[J]. 程曼,蔡振江,Ning Wang,袁洪波. 农业工程学报. 2019(01)
[6]基于激光测距传感器的树干横截面轮廓检测[J]. 蔺陆军,方益明,郑红平,周德全,蒋昊. 林业工程学报. 2018(05)
[7]基于数字图像法树木年轮宽度测量方法研究[J]. 赵娟娟,郭志成,苏芳,赵亚明. 工业仪表与自动化装置. 2017(06)
[8]基于三维激光点云的树木胸径自动提取方法[J]. 王祺,胡洪,吴艳兰,许邦鑫,王浩,薛兴盛. 安徽农业大学学报. 2017(02)
[9]不通过髓心的树木圆盘年轮直径测定方法[J]. 张宁,刘琪璟,孟盛旺,周华,刘文慧. 生态学杂志. 2017(01)
[10]基于TIDW的木材内部缺陷三维应力波成像方法[J]. 陈方翔,冯海林,杜晓晨,方益明,翁翔. 传感技术学报. 2015(11)
博士论文
[1]基于二维激光雷达的果树在线探测方法及对靶变量喷药技术研究[D]. 蔡吉晨.中国农业大学 2018
[2]基于点云数据的树干干形测量[D]. 尤磊.中国林业科学研究院 2016
硕士论文
[1]基于车载激光的树木胸径测量[D]. 张健.北京林业大学 2019
[2]LiDAR技术在农作物几何特征探测中的应用研究[D]. 刘宽.江苏大学 2019
[3]树木年轮图像的边缘检测与树龄测量方法研究[D]. 王燕凤.浙江农林大学 2017
[4]基于地基激光雷达的不同森林类型单木胸径与树高提取[D]. 陈健.安徽农业大学 2016
[5]新型国产测树仪在基本测树因子测量中的应用[D]. 叶添雄.北京林业大学 2016
[6]图像处理技术与统计学方法在自动化年轮分析系统中的应用[D]. 陈佶.西安电子科技大学 2013
本文编号：3271908
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
树干结构示意图
确（吴斡宁和万涛，2013）。不仅如此，髓心与树木内部的许多结构都息息相关，其位置也会影响木材的性质及加工（Boukadidaetal．，2012）。所以，准确地对髓心进行定位在测量树木年轮参数、研究树木生长过程、估算树龄、测定评估木材性能等方面均具有重要意义。实验研究中常假设髓心位于树干中心，但在实际生产生活中，髓心偏倚时常发生，尤其在树干根部和顶部，该情况更为明显和常见，这是由于该位置在树木生长过程中承受的应力较大造成的，该现象的发生增加了髓心定位的困难（AkachukuandAbolarin，1989；张宁等，2017）。图1.2髓心偏倚的示例Figure1.2Examplesofeccentricpith如今已有很多定位方法被用于解决树木髓心定位问题，其中主要以图像处理为基础，通过扫描树干横截面获取树木圆盘图像，在此基础上添加辅助线或应用聚类算法来辅助定位。称此类方法为直接测量法。直接测量法可大幅提升髓心定位的准确性，且即使髓心存在缺失或损伤也不会影响精度，已逐渐成为目前的主流研究方向。但上述方法也存在问题，即在获取树木横截面图像时必须破坏或者切断树木主干，这会对树木的生长造成不可逆的损伤甚至会直接导致树木死亡，即使可以使用侧枝的年轮代替主干年轮获取所需参数进行后续分析，但折断侧枝对活立木的影响也是无法忽略的（袁传武等，2012）。因此，找到一种能最大限度保证树木健康和结构完整的髓心无损定位方法成为亟待解决的问题。与直接测量法相对应，通过非破坏性测量来实现髓心定位的方法称为间接测量法。此类方法可通过非破坏性测量实现树木髓心定位。如利用激光雷达获取某一水平高度上的树干外轮廓点云数据，随后利用点云对外轮廓进行重建，并应用髓心的位置或性质特点在重建的树干横截面外轮廓上实现髓心定位，便能实现快速无损?
确（吴斡宁和万涛，2013）。不仅如此，髓心与树木内部的许多结构都息息相关，其位置也会影响木材的性质及加工（Boukadidaetal．，2012）。所以，准确地对髓心进行定位在测量树木年轮参数、研究树木生长过程、估算树龄、测定评估木材性能等方面均具有重要意义。实验研究中常假设髓心位于树干中心，但在实际生产生活中，髓心偏倚时常发生，尤其在树干根部和顶部，该情况更为明显和常见，这是由于该位置在树木生长过程中承受的应力较大造成的，该现象的发生增加了髓心定位的困难（AkachukuandAbolarin，1989；张宁等，2017）。图1.2髓心偏倚的示例Figure1.2Examplesofeccentricpith如今已有很多定位方法被用于解决树木髓心定位问题，其中主要以图像处理为基础，通过扫描树干横截面获取树木圆盘图像，在此基础上添加辅助线或应用聚类算法来辅助定位。称此类方法为直接测量法。直接测量法可大幅提升髓心定位的准确性，且即使髓心存在缺失或损伤也不会影响精度，已逐渐成为目前的主流研究方向。但上述方法也存在问题，即在获取树木横截面图像时必须破坏或者切断树木主干，这会对树木的生长造成不可逆的损伤甚至会直接导致树木死亡，即使可以使用侧枝的年轮代替主干年轮获取所需参数进行后续分析，但折断侧枝对活立木的影响也是无法忽略的（袁传武等，2012）。因此，找到一种能最大限度保证树木健康和结构完整的髓心无损定位方法成为亟待解决的问题。与直接测量法相对应，通过非破坏性测量来实现髓心定位的方法称为间接测量法。此类方法可通过非破坏性测量实现树木髓心定位。如利用激光雷达获取某一水平高度上的树干外轮廓点云数据，随后利用点云对外轮廓进行重建，并应用髓心的位置或性质特点在重建的树干横截面外轮廓上实现髓心定位，便能实现快速无损?
【参考文献】：
期刊论文
[1]进口辐射松木材主要物理性能径向变异研究[J]. 吴艳华,贾茹,任海青,周永东,邢新婷,吴章康,王玉荣. 林业工程学报. 2019(06)
[2]基于B样条算法的树干表面形貌三维重建研究[J]. 裴魏魏,倪海明,戚大伟. 森林工程. 2019(05)
[3]基于梯度Hough变换和K-medoids聚类的年轮髓心定位[J]. 薛怡宁,何明栩,徐川晴,刘润萌. 电子技术与软件工程. 2019(08)
[4]关于古树档案信息收集的建议[J]. 宋馥杉,张齐兵. 国土绿化. 2019(03)
[5]基于地面激光雷达的田间花生冠层高度测量系统研制[J]. 程曼,蔡振江,Ning Wang,袁洪波. 农业工程学报. 2019(01)
[6]基于激光测距传感器的树干横截面轮廓检测[J]. 蔺陆军,方益明,郑红平,周德全,蒋昊. 林业工程学报. 2018(05)
[7]基于数字图像法树木年轮宽度测量方法研究[J]. 赵娟娟,郭志成,苏芳,赵亚明. 工业仪表与自动化装置. 2017(06)
[8]基于三维激光点云的树木胸径自动提取方法[J]. 王祺,胡洪,吴艳兰,许邦鑫,王浩,薛兴盛. 安徽农业大学学报. 2017(02)
[9]不通过髓心的树木圆盘年轮直径测定方法[J]. 张宁,刘琪璟,孟盛旺,周华,刘文慧. 生态学杂志. 2017(01)
[10]基于TIDW的木材内部缺陷三维应力波成像方法[J]. 陈方翔,冯海林,杜晓晨,方益明,翁翔. 传感技术学报. 2015(11)
博士论文
[1]基于二维激光雷达的果树在线探测方法及对靶变量喷药技术研究[D]. 蔡吉晨.中国农业大学 2018
[2]基于点云数据的树干干形测量[D]. 尤磊.中国林业科学研究院 2016
硕士论文
[1]基于车载激光的树木胸径测量[D]. 张健.北京林业大学 2019
[2]LiDAR技术在农作物几何特征探测中的应用研究[D]. 刘宽.江苏大学 2019
[3]树木年轮图像的边缘检测与树龄测量方法研究[D]. 王燕凤.浙江农林大学 2017
[4]基于地基激光雷达的不同森林类型单木胸径与树高提取[D]. 陈健.安徽农业大学 2016
[5]新型国产测树仪在基本测树因子测量中的应用[D]. 叶添雄.北京林业大学 2016
[6]图像处理技术与统计学方法在自动化年轮分析系统中的应用[D]. 陈佶.西安电子科技大学 2013
本文编号：3271908
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