基于激光雷达的玉米三维结构参数提取研究
发布时间：2021-06-18 08:47
叶面积指数、叶面积剖面、叶夹角和叶倾角是玉米重要的三维结构参数,与玉米光截获能力、蒸散发能力和光合作用等密切相关,同时也是构建作物结构和辐射传输等模型的重要参数。激光雷达作为一种新兴的主动式遥感技术,能够用于精确获取作物三维信息,实现了从二维到三维的跨越。如何利用激光雷达对作物三维结构参数进行精确的估算已成为当前研究的热点问题。本文在北京市农林科学院国家精准农业研究示范基地进行实验,分别于2018年基于无人机激光雷达获取小区尺度玉米点云数据和2019年基于地基激光雷达获取单株尺度玉米点云数据,进行以上参数估算。论文主要工作和结论如下:（1）数据获取及预处理:基于无人机激光雷达系统和地基激光雷达系统,研究数据采集方法,进行小区尺度和单株尺度玉米点云数据获取;根据激光雷达采集数据的特点,研究了数据解算、多站扫描数据拼接、点云去噪和配准以及根据玉米的农学特征将玉米分为上、中和下三层等预处理流程。（2）基于无人机激光雷达小区尺度叶面积指数估算及分析:由于玉米上层点云数据受遮挡效应影响最小,因此基于体素法采用上层数据分析各航线对应的最优体素大小;根据各航线对应的最优体素大小估算整株玉米叶面积指数...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１无人机激光霄达摆镜扫描方式获取数据激光脚点分布??（２）地碁激光雷达??＾
?西安科技大学硕士学位论文???２．２．１无人机激光雷达??（１）实验设计??试验区位于北京市农林科学院国家精准农业研究示范基地（４０．１８°Ｎ，?１１６．４４°Ｅ），该地??区年均降水量为５０８ｍｍ，平均温度为１３°Ｃ［８８］。玉米品种为京华３８，试验期为玉米吐丝期??和水泡期（Ｒ１和Ｒ２＞?［８％这两个时期的玉米均属于生殖生长阶段，株高没有明显的变化??且没有叶片增加，不同之处为玉米最下层的两片叶子变黄ｓ图２．２＆１）和（ｂｌ）分别为吐丝??期和水泡期的航线设计图，航线之间的间距分别为２５ｍ和１５ｍ。试验区大小为１５ｍＸ７．５ｍ，??如图２．２?（ｂｌ）、（ｂ２）所示；，共１５个小区，每个小Ｋ：大小为２．５ｍＸ３ｍ，其１！１南北方询为５个??不同的玉米种植密度，东西方向为３个相同密度的重复实验，实验方案为马层去叶处理，??依据玉米叶片分布特点，采用农学分层的方法，将试验区的遽米分为上中下雪层，如图??２．２?（ｃ）所示，由下往上，下层为第一个玉米穗往下的第一片叶以下的所有叶片，中层为??下层往上数４片叶，其余为顶层。激光霄达分三架次获取点云数据，第一架次是获取整株??点云数据，第二架次是人工去掉下肩叶片后获取，第三架次是在第二架次的基础上人工??去掉中层叶片启获取，获取的三架次点云数据如图Ｚ３所示。每架次分别获取８条和７条航??线，每条航线对应不同的角度数据，通过分析确定臬优入射角，其中Ｒｕ、Ｒ１２、Ｒｂ、Ｒｗ??航线的入射角示意图及试验区不同密度设置如图２．２⑷所苯。??重复组Ｉ重复组２重复钜３?重复组Ｉ軍复纭２電复组３??ｆｉｌｌ?■■画??Ｎ：：滅小??（ａｌ）?（ａ２）?（ｂｌ）?（ｂ２）?
?２数据采集及预处理???養抽第－架次??，．．．．?第二架次??？?，？?＊?；?■?■?■??？?ｆ丄匕―■上?二七！；?＾」??、、）！厂…、ｉｍ、ｒ?ｐ第三架次??图２．３三架次点云数据??（２）数据获取??基于无人机激光雷达于２０１８年８月２８日和９月１４日获取数据，激光雷达型号为??ＶＵＸ－１?（Ｒ正ＧＬ，澳大利亚），飞行高度为１５ｍ，飞行速度为３ｍ／ｓ，扫描频率为５５０ｋＨｚ，??采用摆镜扫描的方式，光斑直径为〇．〇〇７５ｍ，平均地面点距为０．〇２３９ｍ，ＬｉＤＡＲ数据为??“ＬＡＳ”格式，两个时期的飞行参数一致。并且获取了不同航线的入射角范＿及对应的点??云密度（实验区内的点云数／（长ｘ宽））。实验中，东西方向的飞行角度近似于南北方??向角度，例如?Ｒｉｉ（６９〇－７７。）和?Ｒ１８（６８０－７６。），Ｒ１２（—６４。－３２。）和１１１７（－６０。－—２５。），ＲＷ—３４。??－２９。）和?Ｒ１６（—５４。－０。），Ｒ１４（６０°－７４。）和?Ｒ１５（６３〇－７３。），Ｒ２２（—１２。－—５。）和?Ｒ２６（３°－１８。），Ｒ２３（８。－??３２。）和Ｒ２５?（－３０°－０。），其中，“－”为飞行方向，从西向东，从南到北为底反之为负，。??表２．１．不同航线对应的入射角及点云密度??方向?航线?角度（°）?点云密度（ｐｔｓ／ｍ２）??Ｒｎ?６９－７７?１１２??Ｒｎ?－６４?－－３２?２８０??Ｒｉ３?－３４?－?２９?５２９???Ｒｕ?６０－７４?２１３???Ｒｉｓ?６３?－７３?２２８??．南介?Ｒ１６?－５４?－?０?４９
【参考文献】：
期刊论文
[1]DBSCAN聚类算法的参数配置方法研究[J]. 宋金玉,郭一平,王斌. 计算机技术与发展. 2019(05)
[2]基于无人机数码影像的玉米育种材料株高和LAI监测[J]. 牛庆林,冯海宽,杨贵军,李长春,杨浩,徐波,赵衍鑫. 农业工程学报. 2018(05)
[3]地基激光雷达在森林参数反演中的应用[J]. 李丹,庞勇,岳彩荣. 世界林业研究. 2012(06)
[4]基于激光扫描技术的三维模型重建[J]. Nguyen Tien Thanh,刘修国,王红平,于明旭,周文浩. 激光与光电子学进展. 2011(08)
[5]玉米全生长期叶面积指数收获测量法的改进[J]. 姚延娟,范闻捷,刘强,李丽,陶欣,辛晓洲,柳钦火. 农业工程学报. 2010(08)
[6]地面三维激光扫描仪应用综述[J]. 徐进军,余明辉,郑炎兵. 工程勘察. 2008(12)
硕士论文
[1]机载和地基激光雷达森林垂直结构参数提取研究[D]. 刘鲁霞.中国林业科学研究院 2014
本文编号：3236355
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１无人机激光霄达摆镜扫描方式获取数据激光脚点分布??（２）地碁激光雷达??＾
?西安科技大学硕士学位论文???２．２．１无人机激光雷达??（１）实验设计??试验区位于北京市农林科学院国家精准农业研究示范基地（４０．１８°Ｎ，?１１６．４４°Ｅ），该地??区年均降水量为５０８ｍｍ，平均温度为１３°Ｃ［８８］。玉米品种为京华３８，试验期为玉米吐丝期??和水泡期（Ｒ１和Ｒ２＞?［８％这两个时期的玉米均属于生殖生长阶段，株高没有明显的变化??且没有叶片增加，不同之处为玉米最下层的两片叶子变黄ｓ图２．２＆１）和（ｂｌ）分别为吐丝??期和水泡期的航线设计图，航线之间的间距分别为２５ｍ和１５ｍ。试验区大小为１５ｍＸ７．５ｍ，??如图２．２?（ｂｌ）、（ｂ２）所示；，共１５个小区，每个小Ｋ：大小为２．５ｍＸ３ｍ，其１！１南北方询为５个??不同的玉米种植密度，东西方向为３个相同密度的重复实验，实验方案为马层去叶处理，??依据玉米叶片分布特点，采用农学分层的方法，将试验区的遽米分为上中下雪层，如图??２．２?（ｃ）所示，由下往上，下层为第一个玉米穗往下的第一片叶以下的所有叶片，中层为??下层往上数４片叶，其余为顶层。激光霄达分三架次获取点云数据，第一架次是获取整株??点云数据，第二架次是人工去掉下肩叶片后获取，第三架次是在第二架次的基础上人工??去掉中层叶片启获取，获取的三架次点云数据如图Ｚ３所示。每架次分别获取８条和７条航??线，每条航线对应不同的角度数据，通过分析确定臬优入射角，其中Ｒｕ、Ｒ１２、Ｒｂ、Ｒｗ??航线的入射角示意图及试验区不同密度设置如图２．２⑷所苯。??重复组Ｉ重复组２重复钜３?重复组Ｉ軍复纭２電复组３??ｆｉｌｌ?■■画??Ｎ：：滅小??（ａｌ）?（ａ２）?（ｂｌ）?（ｂ２）?
?２数据采集及预处理???養抽第－架次??，．．．．?第二架次??？?，？?＊?；?■?■?■??？?ｆ丄匕―■上?二七！；?＾」??、、）！厂…、ｉｍ、ｒ?ｐ第三架次??图２．３三架次点云数据??（２）数据获取??基于无人机激光雷达于２０１８年８月２８日和９月１４日获取数据，激光雷达型号为??ＶＵＸ－１?（Ｒ正ＧＬ，澳大利亚），飞行高度为１５ｍ，飞行速度为３ｍ／ｓ，扫描频率为５５０ｋＨｚ，??采用摆镜扫描的方式，光斑直径为〇．〇〇７５ｍ，平均地面点距为０．〇２３９ｍ，ＬｉＤＡＲ数据为??“ＬＡＳ”格式，两个时期的飞行参数一致。并且获取了不同航线的入射角范＿及对应的点??云密度（实验区内的点云数／（长ｘ宽））。实验中，东西方向的飞行角度近似于南北方??向角度，例如?Ｒｉｉ（６９〇－７７。）和?Ｒ１８（６８０－７６。），Ｒ１２（—６４。－３２。）和１１１７（－６０。－—２５。），ＲＷ—３４。??－２９。）和?Ｒ１６（—５４。－０。），Ｒ１４（６０°－７４。）和?Ｒ１５（６３〇－７３。），Ｒ２２（—１２。－—５。）和?Ｒ２６（３°－１８。），Ｒ２３（８。－??３２。）和Ｒ２５?（－３０°－０。），其中，“－”为飞行方向，从西向东，从南到北为底反之为负，。??表２．１．不同航线对应的入射角及点云密度??方向?航线?角度（°）?点云密度（ｐｔｓ／ｍ２）??Ｒｎ?６９－７７?１１２??Ｒｎ?－６４?－－３２?２８０??Ｒｉ３?－３４?－?２９?５２９???Ｒｕ?６０－７４?２１３???Ｒｉｓ?６３?－７３?２２８??．南介?Ｒ１６?－５４?－?０?４９
【参考文献】：
期刊论文
[1]DBSCAN聚类算法的参数配置方法研究[J]. 宋金玉,郭一平,王斌. 计算机技术与发展. 2019(05)
[2]基于无人机数码影像的玉米育种材料株高和LAI监测[J]. 牛庆林,冯海宽,杨贵军,李长春,杨浩,徐波,赵衍鑫. 农业工程学报. 2018(05)
[3]地基激光雷达在森林参数反演中的应用[J]. 李丹,庞勇,岳彩荣. 世界林业研究. 2012(06)
[4]基于激光扫描技术的三维模型重建[J]. Nguyen Tien Thanh,刘修国,王红平,于明旭,周文浩. 激光与光电子学进展. 2011(08)
[5]玉米全生长期叶面积指数收获测量法的改进[J]. 姚延娟,范闻捷,刘强,李丽,陶欣,辛晓洲,柳钦火. 农业工程学报. 2010(08)
[6]地面三维激光扫描仪应用综述[J]. 徐进军,余明辉,郑炎兵. 工程勘察. 2008(12)
硕士论文
[1]机载和地基激光雷达森林垂直结构参数提取研究[D]. 刘鲁霞.中国林业科学研究院 2014
本文编号：3236355
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/zaizhiyanjiusheng/3236355.html
教材专著
