基于三维激光扫描点云的树冠体积计算方法

针对树冠形状不规则,树冠体积难以测量和计算的问题,提出一种基于三维激光扫描点云的树冠体积计算方法——体元模拟法,即以固定大小的体元模拟不规则的树冠形状.首先将树冠沿树高方向以k为步长进行等距离分段,把每一段树冠的点投影到垂直于树高方向的平面上,再对该平面划分成大小为k×k的像元,根据投影到各个像元内点的数量,判断该像元的有效性,统计有效像元的数量T,则树冠体积为T个k×k×k的体元之和.经试验,当体元边长等于冠径的1/10时,计算的树冠体积达到稳定.该算法对于任何树种不用考虑树冠的形状,减少了人为判别导致的差异,适用于三维激光扫描树木树冠体积的计算.     

基于车载二维激光扫描的树冠体积在线测量

采用车载二维激光扫描仪获取树木单侧点云数据,坐标变换后通过设置感兴趣区域检测树木,利用垂直分布特性识别树干,得到树冠中心距离。考虑树冠连续/不连续2种情况进行树木分割,将树冠外缘距离与对应树干距离相减算出树冠厚度。将树冠体积离散化为长方体,利用树冠厚度、相邻测量点垂直方向距离、车辆速度、扫描周期等参数进行计算。采用FIFO缓冲区保存在线数据,新采集的一帧数据写入缓冲区末尾,同时从缓冲区开头读出处理好的数据帧输出,实现树冠体积的在线测量。实验结果证明,树冠连续/不连续场景下,方法均能准确检测分割树冠、识别树干,实现树冠体积的在线测量。     

基于激光扫描三维图像的树上苹果识别算法

为消除不同光线和复杂背景的影响,提出了一种自动识别树上苹果的算法.使用激光视觉系统获取果树局部的三维图像,参考设定的场景知识对图像背景进行简化;采用基于平滑频率曲线的自动阈值检测方法实现图像的二值化;通过轮廓跟踪技术记录目标边界的走向,据此计算链码和与链码差,并根据两者在果树各部分的变化规律确立相应的准则,以提取苹果的轮廓像素点;利用随机圆环法获得果实的形状特征完成对苹果的识别.实验结果表明,该算法具有较好的实时性,当枝叶遮挡面积小于40％时,果实的正确识别率高于93.75％,且识别效果不受光照条件与果实表面颜色的影响.     

基于三维激光扫描的大麦籽粒力学建模与试验

为研究大麦籽粒在收获、脱粒、贮藏及运输等作业过程的机械损伤,对大麦籽粒进行加载压缩试验和有限元力学仿真。针对目前非规则形状农业物料常规建模方法将其近似处理为规则体,存在测量难度高、数据误差大、仿真精度低等问题,提出了一种基于三维激光扫描的大麦籽粒建模及其力学特性研究方法。以5种含水率、3种加载方式的大麦籽粒为研究对象,利用万能材料试验机对其弹性模量、破碎负载等力学参数进行了测定,结果分别是：大麦籽粒的弹性模量为87.39～167.84MPa,破碎负载为70.40～157.32N,屈服强度为0.85～2.12MPa,最大应变为0.26%～1.15%。结果表明：随着含水率的增加,3种加载方式下大麦籽粒的弹性模量、破碎负载和屈服强度均明显下降;相同含水率条件下,侧放加载时破碎负载最大,立放加载时破碎负载最小。基于三维激光扫描技术获取了大麦籽粒点云数据,利用Geomagic Studio和Pro/E对其进行点云处理、去噪和逆向建模,得到与真实大麦籽粒形态高度相近的几何模型并进行有限元力学仿真。对比3种加载方式下的试验值和仿真值,两者最大偏差为7.2%,表明了基于三维激光扫描的大麦籽粒建模方法的有效性和精确性。     

基于三维激光扫描技术的变电站精细建模技术研究与应用

变电设施是电力系统中的重要组成部分之一^[1],其不同于常规的民用建筑工程,内部有众多的电气设备,分布数量大且电力电缆相互交错,载荷情况十分复杂。同时变电站处于实时运行状态,不允许停止运行,否则不能正常为人民生产和生活供电,给人民财产与人身安全造成重大损失与伤害[2]。文章通过利用3ds Max等成熟的建模软件还原设施设备的实景情况,架站式三维激光扫描技术采集变电站中的外业信息,直接反映出变电站实地的设施布局与设备安装的具体变化与差异,通过数字化手段获得变电站当下的布局规划,生产维护,参数铭牌,设施建设等一系列三维数字化信息,让运维人员更加安全,直接,高效的运行与管理变电设备。     

基于三维激光点云数据的树冠体积估算研究

树冠体积是预估树木生物量的重要参数之一。为了实现对树木冠体体积无损高精度量测,随机抽取了6个树种、共计30棵树木的三维激光点云数据作为数据源,对树冠体积的求算方法进行研究。首先,对三维激光点云数据进行匹配、拼接、去噪及压缩等处理,提取冠体点云数据;其次,提取每一棵样木树冠的边缘特征点;最后,应用不规则三角网TIN的原理算法计算冠体体积。本文所提取的边缘特征点能够最大限度地维持树冠冠体的整体不变形,还能够继续去除部分冗余数据,缩短了不规则三角网TIN的构建时间,提高了计算效率;此外,树种包含有针叶树和阔叶树,在冠形上既有针叶树所特有的冠体体态特征,又有阔叶树的冠体体态特征,其研究结果具有一定的代表性。本文采用的方法与已有文献计算结果对比表明:均方根误差为0.832,平均绝对误差为0.49,平均相对误差为1.75%,可看出二者之间差异较小;同时在30个样木中随机抽取5个样木的人工测量结果与本研究相比较,取得的精度相对较好。采用本研究所得结果精度较高,能够满足生产需求。     

基于改进Delaunay算法的树冠三维重构单木因子提取

针对树冠结构复杂和点云数据量大的特点,为了提高测算单木因子中树冠表面积和体积的精度和效率,通过改进Delaunay三角网的算法机制,提出一种基于空间分割的分块优先级机制的三角网表面重建算法,用于重构树冠表面,形成一种高精度高效率的树冠表面积和体积因子提取方法.利用地面三维激光扫描系统获取树冠点云数据,分别通过传统人工方法、点云量测法、数字高程模型算法与提出的改进SD Delaunay算法,计算实验区域研究对象的树冠表面积与体积,并进行对比分析,结果表明提出的算法完全满足计算精度,同时该计算方法的耗时只有传统人工法的41％,数字高程模型法的62％,大大提高了运算效率.     

基于超声波的果树冠层三维重构与体积测量

为了克服地面不平整和拖拉机非线性行驶对果树冠层参数测量的影响,该文在超声波传感器阵列测量果树冠层体积技术的基础上,使用RTK-DGPS空间定位技术和姿态航向参考系统,通过空间坐标的平移和旋转转换,直接获得以大地坐标表示的果树冠层的三维点阵云图数据,通过PC机后台处理重构果树冠层三维轮廓和计算果树冠层体积,并详细介绍了系统的结构与工作原理。以果园荔枝树为试验对象,采用该系统对15棵不同高度和体积的果树进行了3次重复试验,另对56棵树的测量结果与人工测量结果进行了对比分析,试验结果表明该方法具有较好的重复性（     

树木、苗木的机械自动化封冠设备的研究

随着国内园林绿化及荒漠造林绿化的发展,大型苗木异地移栽已成为当今发展的主要趋势。由于树木、苗木运送过程中封冠不牢靠,树冠探出运输车辆的车厢,造成树冠遮挡运输司机视线及影响其它车辆的正常行驶,严重影响道路安全。基于以上原因,文章提出了树木、苗木机械自动化封冠设备,实现了树木、苗木封冠的机械化自动化。     

三维激光扫描技术在城市轨道交通隧道断面测量中的研究

笔者利用生产与研究相结合的方法,介绍了城市轨道交通工程当中结构断面测量的需求以及必要性,用三维激光扫描技术实施数据采集,对采集的数据进行结构断面提取、点云数据抽稀、影像匹配、拼接、去噪等操作,并结合实际情况,阐述了三维激光扫描技术在城市轨道交通工程结构断面测量当中的处理方法、测量方法、技术优势以及可行性.结果表明:科学...     

长白落叶松单木参数与生物量机载LiDAR估测

采用黑龙江长白山地区长白落叶松人工林LiDAR数据和野外调查补充样地数据,利用树冠高层模型和三维点云分割相结合的方法实现单木识别,选择逐步回归分析法进行单木参数和生物量估算。结果表明：机载LiDAR估测的长白落叶松单木参数与实测数据具有较好的相关性,单木树高、冠幅、胸径和地上生物量的R2分别为0.8732、0.6335、0.7903和0.7992;平均拟合精度分别为88.34%、83.46%、85.11%和86.19%;幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的单木平均生物量分别为25.12、94.08、117.74、279.33kg。     

果树快速定位采摘机器人设计——基于红外和激光扫描技术

为提高采摘机器人的自主导航能力和采摘效率,实现机器人的快速果树识别和定位,结合红外测距传感器与计算机图像处理技术,利用激光扫描传感器体积小、功耗低、速度快、抗干扰等特点,提出了一种非接触式测量果树深度信息的方法;并结合计算机图像处理对果树进行了标定,实现果树的快速识别与定位,为采摘机器人运动轨迹规划提供了自主导航的参数。为了验证该方法的可靠性,在采摘机器人试验样机上安装了红外线测距和激光扫描快速定位装置,并通过左右两侧果树的导航路径拟合,得到了机器人的行走路径,通过对比红外线测距和激光扫描的结果发现,其拟合路径基本吻合,从而验证了该方法测量数据的可靠性。根据不同的树高对应的枝叶密度,利用计算机图像处理对果树进行了标定,最后利用激光扫描方法对标定后的果树进行了快速定位,并将结果和全站仪的结果进行了对比,结果表明:激光扫描和全站仪之间的最大误差仅为20mm。这说明,激光测量的精度较高,可以满足设计的需求。     

激光测距在果树冠层三维重构中的应用

随着计算机技术的发展和果园果树精细管理的现实需求,果树冠层的三维重构问题成为研究热点。本文采用激光传感器在不同高度对果树靶标冠层进行水平扫描测距;将从果树不同方位测得的探测点坐标进行坐标转换,得到同一坐标系下的果树冠层三维点云;采用插值法重构模型树冠层三维轮廓。试验结果表明重构的冠层轮廓较为准确地反映了果树的外形轮廓。本文研究为采用激光传感器测距技术进行果树冠层三维重构与体积测量提供了前期研究基础。     

基于地基激光雷达的叶倾角分布升尺度方法研究

地基激光雷达因其具有穿透力强,能够提取植被冠层三维结构信息的优势,是提取植被叶倾角分布(Leaf angle distribution,LAD)的理想数据源,因此将地基激光雷达数据与遥感影像结合获取大尺度叶倾角分布结果颇具潜力。以河北省保定市北部4个县为研究区,利用10个玉米样地的地基激光雷达数据提取叶倾角分布结果,使用主成分正变换提取玉米实测叶倾角分布数据中信息量最大的前3个主成分,再利用神经网络模型对所提取的主成分与Landsat8反射率数据结合建立关系模型,然后将训练好的模型应用于整个研究区进行升尺度转换,最后通过主成分逆变换,得到升尺度后平均叶倾角(Mean tilt angle,MTA)结果。对升尺度后LAD与实测LAD及升尺度后MTA与实测MTA进行交叉验证,结果表明,升尺度MTA与实测MTA的验证精度(R2)为0.786 2,均方根误差(RMSE)为3.04°。该结果表明,使用提取主成分方法建立光谱数据与叶倾角分布的关系模型从而达到升尺度转换的目的具有可行性,模拟精度较高,且误差较小。     

基于双目立体视觉的果树三维信息获取与重构

为实现果实收获机器人避障,研究了树枝空间信息提取方法和果树树枝三维重建方法:采用归一化互相关法获取立体图像视差图,在图像中提取树枝骨架并采用多线段逼近法提取特征点;结合视差图,利用双目立体视觉原理计算树枝骨架特征点的空间坐标,再利用距离图像求取树枝半径信息;将分枝点断开形成简单线图形,简化了树枝三维信息。在空间坐标原点采用12棱柱构建各段树枝模块,通过仿射变换将三维模块以正确的位姿与其他模块组合成果树模型。试验表明,生成的虚拟果树为水果采摘机器人避障及路径规划提供了环境参照。     

小型生物质循环流化床气化炉内流动整体三维模拟

采用整体三维数值模拟的方法,在计算中考虑各部件间的相互影响,应用欧拉双流体granular模型和颗粒脉动理论,采用Gidaspow相间动量交换模型,对小型生物质循环流化床气化炉实验装置进行了研究.模拟了炉内气固两相的三维流动和分布情况在不同炉内含料量下的变化规律,在返料口高度以上形成了封闭的压力环路,提升管内呈现大尺度...