面向清林抚育装置关键技术和幼木特征提取方法研究

发布时间：2017-10-16 04:21

  本文关键词：面向清林抚育装置关键技术和幼木特征提取方法研究

  更多相关文章： 清林抚育 二维激光扫描 激光滤波 特征提取 液压冲击

【摘要】：目前我国林业增长迅速,人工林种植面积不断增加,随着林业工人收入的不断提高,林业工作亟需采用机械化作业方式。本研究依托公益项目：人工林抚育关键技术装备的研发(201104007-3),该设备的研发主要包括三部分：机械主体、液压驱动以及目标特征提取。本研究紧紧围绕清林抚育割灌机这一主体展开,主要研究内容及方法如下：1、清林抚育割灌工作装置的结构设计、试验。在认真分析、调查国内外现有同类产品技术的发展情况的基础之上,分析国内人工林使用需求,提出了使用盘式割灌的方法,采用传统机械设计理论对关键部件进行分析设计,最终完成样机设计。2、对液压系统进行改进设计。在项目进行中,发现管路中在马达启停的瞬间存在液压冲击现象,通过理论与仿真相结合的方法,确定了液压冲击的成因,并提出改进方案。在此基础上,结合绿色环保、节能减排的需求,提出了一种利用蓄能器进行制动能量回收再利用系统,通过仿真分析给出了优化后的蓄能器参数：充气量1.2L充气压力7MPa,此时的能量回收再利用效果较好,可以在一次启动和停止过程中实现节能1775J。3、对清林抚育保留幼木的特征提取方法研究。在对样机进行实际实验过程中发现,操作员一方面需要驾驶底盘在林木行间向前行进,另一方面要操作工作装置左右摆动式清林作业,同时为了防止误割幼木,在操作时需认真观察周边环境。这样的工作流程极大的增大了驾驶员的工作压力,造成疲劳,降低工作效率。针对此问题,提出采用二维激光扫描测量的方式对工作场景进行扫描,通过对扫描数据进行滤波、分割、特征提取、分类的方法实现对作业场景中幼木的识别,为建立智能操控系统提供了理论依据。通过对以上内容的研究,最终形成了以下成果：1、设计、制造新型清林抚育割灌工作装置样机。2、提出了一种针对二维激光扫描数据处理改进的高斯滤波算法。3、提出了一种用于二维激光扫描数据处理的动态阈值差分提取算法。4、提出了一种基于正切变换的二维激光扫描幼木特征提取方法。通过实际试验证明,所设计的清林抚育工作装置具有良好的清林割灌效果,所提出的滤波、提取算法能够很好的提取出小尺度幼木的二维激光扫描数据,所提出的二维激光扫描数据下的幼木特征具备良好的识别效果。
【关键词】：清林抚育 二维激光扫描 激光滤波 特征提取 液压冲击
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S776
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-27
• 1.1 研究目的及意义10-11
• 1.2 课题来源11
• 1.3 国内外相关研究现状11-24
• 1.3.1 国内外清林割灌装备11-16
• 1.3.2 液压节能系统研究16-20
• 1.3.3 林用装备智能化研究20-24
• 1.4 本论文研究内容及研究方法24-27
• 1.4.1 研究内容24-26
• 1.4.2 研究方法26-27
• 2 清林抚育割灌工作装置结构设计27-33
• 2.1 清林抚育割灌工作装置需求分析27-28
• 2.2 清林抚育割灌工作装置设计选型28
• 2.3 清林抚育割灌工作装置关键部件设计28-31
• 2.3.1 刀具高度的设计28-30
• 2.3.2 夹持机构设计30-31
• 2.4 样机及其清林效果31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 清林抚育割灌工作装置液压缓冲及能量回收再利用系统33-48
• 3.1 液压马达制动引发的液压冲击33-38
• 3.1.1 液压冲击的产生33-34
• 3.1.2 带惯性负载液压冲击理论计算34-36
• 3.1.3 带惯性负载液压冲击仿真分析36-38
• 3.2 液压节能调控系统设计38-46
• 3.2.1 液压制动缓冲系统设计与仿真分析38-42
• 3.2.2 液压制动能量回收系统设计与仿真分析42-46
• 3.3 本章小结46-48
• 4 二维激光扫描仪及其参数配置48-59
• 4.1 二维激光扫描仪系统扫描参数48-51
• 4.1.1 LMS511激光扫描仪主要技术参数48-49
• 4.1.2 最小可信测量尺寸49-50
• 4.1.3 扫描距离与扫描对象尺寸50-51
• 4.2 二维激光扫描系统与测量软件设计51-55
• 4.2.1 LMS511激光扫描仪通讯简介51-52
• 4.2.2 LMS511激光扫描仪主要参数配置52-53
• 4.2.3 LMS511激光扫描仪返回数据解析53-54
• 4.2.4 LMS扫描仪通讯测量软件设计54-55
• 4.3 样地及幼木扫描数据特点分析55-58
• 4.3.1 样地特点分析55-57
• 4.3.2 幼木扫描数据特点分析57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 二维激光扫描数据平滑及分割算法研究59-73
• 5.1 动态权重的高斯平滑算法59-66
• 5.1.1 高斯平滑算法59-62
• 5.1.2 改进的高斯平滑算法62-66
• 5.2 基于动态阈值的差分数据分割提取算法66-72
• 5.2.1 固定阈值的差分数据分割提取算法67-69
• 5.2.2 动态阈值的差分数据分割提取方法69-72
• 5.3 本章小结72-73
• 6 幼木特征提取方法研究与实验测试73-87
• 6.1 基于正切空间变换的曲线特征提取73-79
• 6.1.1 正切空间变换算法原理73-74
• 6.1.2 极坐标系下正切空间变换算法74-76
• 6.1.3 正切空间下提取圆弧特征76-79
• 6.2 实验分析79-86
• 6.2.1 实验材料79-81
• 6.2.2 实验数据81-84
• 6.2.3 神经网络识别效果84-86
• 6.3 本章小结86-87
• 7 结论与展望87-89
• 7.1 结论87
• 7.2 创新点87-88
• 7.3 不足与展望88-89
• 参考文献89-94
• 个人简介94-95
• 导师简介95-96
• 获得成果目录96-98
• 致谢9

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本文编号：1040583