基于SFM算法的单木结构参数提取研究

针对传统森林资源调查方法获取单木结构参数效率低和成本高的问题,提出一种基于SFM算法的单木结构参数快速提取方法。以哈尔滨市城市林业示范基地树木为研究对象,利用SFM算法获得单木照片的三维点云,并利用点云数据处理软件对获得的点云数据进行单木结构参数提取,最后与实测参数进行对比分析。结果表明:1）分别利用SIFT算法、SURF算法以及ORB算法对相机校检后的树木照片进行特征点提取匹配,特征点正确匹配个数分别为23、145以及25,相应的耗时分别为18.56、16.04、1.58 s;2）利用SFM算法能获得树木照片的稀疏点云和稠密点云,平均每棵树木点云量为80万个;3）基于点云数据提取单木结构参数的胸径、树高及冠幅的平均绝对误差分别为1.79 cm、0.77 m及0.79 m;胸径、树高、冠幅的提取值与实测值相关系数均>0.94。     

基于三维激光扫描技术的单木参数提取精度研究

利用地面三维激光扫描仪提取单木参数已经成为林业测量领域的研究热点,具有广泛的应用前景。研究旨在探讨地面三维激光扫描系统与传统测树方法得到的单木参数值之间的精度差异。以黑龙江省帽儿山实验林场中的枫桦、落叶松、垂柳、油松、核桃楸和山杨6个树种共20株单木为研究对象,利用激光扫描仪对有代表性的单木进行扫描并利用扫描软件提取相应参数,将其与传统测树方法得到的数值进行对比分析;同时,根据实际测量和点云数据提取的单木参数,使用了4种不同的立木材积计算方法,如立木材积表、望高法(Pressler Method)、中央断面积区分求积法和Delaunay三角剖分算法计算样本木的立木材积。结果表明,与传统测量相比,由点云数据的提取的树高,胸径,和胸高断面积的平均相对误差分别为1.90%、2.02%和1.28%。通过上述方法计算样本木的立木材积的平均值分别为0.466 9、0.409 2、0.469 8、0.464 6m3。与立木材积表的方法相比,望高法、中央断面积区分求积法和Delaunay三角剖分算法相对于立木材积表的相对误差分别为12.36%、0.62%和0.49%。利用三维激光扫描系统测树能够满足精准林业精度测量的要求,同时Delaunay三角剖分算法在计算立木材积具有更高的精度。然而,这种方法在计算严重弯曲树干的立木体积时具有一定的限制性。     

试析地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用

三维激光扫描技术,又称为实景模拟技术,这种新型扫描手段可实现高效的数据管理,并提升测绘工作效率。由于三维激光扫描技术测量误差小、测量范围广等优势得到了工程测量领域的广泛重视。对此,本文在介绍三维激光扫描技术概念及其优势的同时,就地面三维激光扫描技术在工程测量中的具体应用展开探讨,为推动工程测量的高质量发展提供理论借鉴。     

应用地基激光雷达数据提取毛竹单木参数

以毛竹(Phyllostachys edulis)为研究对象,利用地基激光雷达(TLS)多站扫描获取样地毛竹林完整点云数据,根据毛竹笔直的干形以及密集的林分环境,提出一种新的茎干识别方法.该方法首先截取只含竹秆的水平条带,然后对水平条带进行体元化,利用垂直连续性来识别毛竹茎干,并比较分析圆拟合和不同高度圆柱拟合对毛竹胸径提取的差异.结果 表明:在密集的林分环境下,毛竹茎干检测率达91.93％;圆拟合估测胸径的R2为0.86,相对误差为0.8 cm;圆柱拟合估测胸径最高的R2为0.91,相对误差为0.4 cm.因此,新的茎干识别方法提高了单株毛竹识别率及胸径估测精度,为竹林调查工作提供技术支持.     

白桦花芽RNA的快速提取

酚类化合物、多糖、蛋白质和未知次级代谢产物，是影响白桦（BetuLa pLatyphyLLa)花芽组织RNA提取的几个主要干扰因素。笔者在以往草本植物DNA和微生物RNA提取方法基础上，提出了提取白桦雄花芽组织RNA的3种方法。     

基于三维应力对跛行奶牛蹄部参数的提取

奶牛跛行广泛存在于养殖场中。它不仅影响奶牛的正常生理活动,使得奶牛淘汰率升高,而且人工检测会耗费大量的时间。研究中,提出利用地面三维应力测试系统对行走奶牛的支撑相自动识别,同时进行处理判断,从而获取前后蹄部各自完整的支撑相。所用的方法是基于时间和空间,并且结合四肢动物行走动力学支撑相的逻辑顺序收集压力中心(COP)轨迹点。这些COP的簇被识别为完整的或不完整的,且分别被分离为前蹄或后蹄。通过计算机自动识别程序获得前后蹄部完整的支撑相,并且提取主要的6个特征值。样本试验数据显示,该设计可用于奶牛的步态分析、跛行判断。这将实现牧场自动收集数据进行无人监督步态分析。     

三维激光扫描系统在林业中的应用研究

该文介绍了三维激光扫描系统的组成、工作原理及仪器的性能指标、特点和操作方法.通过甘肃省小陇山林区实验,首次将三维激光扫描系统引入林业调查.通过三维激光扫描仪获取单株立木空间点云数据,利用软件建立了立木三维模型.从三维模型上可直接量测立木树高、胸径、冠幅和计算立木材积,利用获取的材积可进一步建立立木材积方程和编制立木材积表.通过与伐倒木实测数据对比,采用该系统获取的测树因子和立木材积均满足林业调查的精度要求.研究表明,采用三维激光扫描系统可实现对疏林单株立木的无损伤、高效、精准监测,可在森林资源调查中应用.     

三维激光扫描系统在立木材积测定中的应用

该文提出了一种测定疏林立木材积的新方法,即利用三维激光扫描系统测量立木材积并建立材积表.采用该方法在标准地内按径阶对立木进行三维扫描,可以获取基本测树因子(包括立木的胸径、树高、冠幅)和三维立木模型,由Cyclone扫描软件可以计算立木材积.由扫描获取的立木胸径和树高能够回归建立二元立木材积方程.为检验扫描获取的基本测树因子的精度以及材积方程的适用程度,将扫描后的立木伐倒,并采用区分求积法实测材积.对比扫描数据和实测数据,扫描获取的基本测树因子和扫描材积均满足精度要求,说明这种新方法能够用于森林资源调查和建立立木材积表.     

白桦木质部蛋白提取方法的建立

以白桦(Betula platyphylla Suks.)木质部为试验材料,分别采用TCA—丙酮提取、酚提取和试剂盒提取3种方法提取白桦木质部总蛋白。利用试剂盒定量和聚丙烯酰胺凝胶电泳、双向电泳技术比较3种提取方法的蛋白质提取效率、提取质量。同时对酚提取法进行改良,建立适用于白桦木质部蛋白的提取方法。研究结果表明,改良的酚提取法提取的白桦木质部蛋白提取量最大,电泳条带清晰,丰富,质量较高。2-DE电泳得到的蛋白凝胶背景干净,蛋白质点清晰。因此,改良的酚提取法是较适合于白桦木质部蛋白的提取方法。     

样本数量对白桦群体遗传参数估算的影响

群体遗传参数是群体遗传学研究的主要内容之一,估算值的大小受群体样本数量的影响。以帽儿山试验林场白桦Betula platyphylla种源试验林为对象,采用序列相关扩增多态性(sequence-related amplified polymorphism,SRAP)技术分析了种源内不同样本数量对白桦群体遗传多样性的影响。结果表明:不同样本数量对白桦的估算的各遗传参数有一定影响,但影响各异。其中,对白桦群体多态位点百分率、群体内遗传变异和群体间遗传参数影响显著,对总位点数、多态位点数和基因流影响不显著。样本数量对于群体间与群体内遗传变异的大小的研究结果也产生影响,如样本数量超过8个,显示白桦种源内的遗传变异幅度大于种源间;而样本数量为4个,显示为种源间遗传变异幅度大于种源内。此外,不同样本数量揭示出的种源间亲缘关系不同,如样本数量超过8个,15个种源的聚类结果基本一致;而样本数量为4个,聚类结果无法反映白桦群体的亲缘关系。最后,提出了白桦遗传多样性研究时样本数量的计算公式,认为白桦多态位点百分率达98.5%的样本数量应为11个。     

基于分层理论与三维激光扫描的单木叶面积指数反演技术研究

以荔枝树、黑松、马尾松作为研究对象,采用LAI_-2200和Stonex X300三维激光扫描仪获取孤立冠层叶面积指数(LAI_g)、反演整体冠层叶面积指数(LAI_z),同时耦合分层理论,通过平面投影、轮廓提取、叶倾角矫正,得到分层叶面积指数(LAI_f);分析LAI_g、LAI_z、LAI_f三者间关系,验证单木LAI_反演精度。结果表明:单木叶面积分层垂直分布趋势与冠层叶片垂直分布轮廓趋势基本一致;荔枝、黑松和马尾松的LAI_z分别比LAI_f低75.78%、47.75%和18.21%;LAI_f与LAI_g具有极高的相关性,决定系数R2为0.992 3。因此,耦合分层理论与三维激光扫描技术的单木LAI_反演技术可以满足调查需求,为今后全方位多角度森林调查提供了重要的发展方向。     

三维激光扫描成像系统在森林计测中的应用

该文介绍了三维激光扫描成像系统的组成、工作原理、仪器的性能指标及软件功能.通过在甘肃省小陇山林业局的试验,总结了三维激光扫描成像系统进行精准测树的流程、内业数据处理方法、提取各种测树因子的方法、测量立木材积以及树冠体积的方法.结果表明:使用三维激光扫描成像系统可以获取树木的立体模型,得到某些传统方法难以获得的数据,如树冠体积、表面积等,并且可以随意重复量测;通过扫描获得的树木材积可以替代传统的区分求积方法,建立材积表不再需要大量伐树;使用立木扫描模型解决了树冠测量的难题.因此,将三维激光扫描成像系统作为精准测树工具,是一种切实可行的方法.     

基于三维数字化的玉米株型参数提取方法研究

【目的】玉米株型参数获取是玉米精确化育种和栽培研究的重要环节,研究解决玉米株型参数获取中存在的测量标准不一致、测量精度低、数据难以可视化、算法提取参数精度低等问题具有重要意义。【方法】本文利用三维数字化仪获取玉米植株骨架结构,提出玉米茎、叶、雄穗和雌穗器官三维数字化获取标准规程。通过将植株三维数字化数据旋转至与Z轴正方向平行并平移至坐标系原点进行数据标准化,进一步根据三维数字化数据位置关系,结合各株型参数的定义实现了株高、叶片着生高度、叶片最高点高度、叶长、叶宽、叶展、叶倾角及叶方位角等主要株型参数的提取,同时提出一种新的玉米植株方位平面计算方法,通过构建植株方位平面与各叶方位角角度差绝对值之和作为目标优化函数,进一步对该L1优化问题进行迭代求解得到植株方位平面,当叶数量是偶数时,方法可以给出精确的方位平面区间,在此基础上,引入dev值作为评价植株叶相对植株方位平面偏离度的指标。【结果】利用6个品种吐丝期玉米植株三维数字化数据和人工测量参数数据进行株型参数提取方法验证。结果表明,方法提取的叶长、叶倾角、方位角误差较小,RMSE分别为3.44 cm、3.41°和8.23°,叶长和叶倾角的MAPE分别为4.06%和4.72%,叶宽因叶片在叶脉垂直平面上的曲线形态不一致导致误差相对较大,RMSE和MAPE分别为0.80 cm和7.21%。与传统负方向能量均值法相比,所提出新的玉米植株方位平面计算方法给出了玉米植株方位平面更确切的定量化描述,对于玉米株型的定量评价具有一定价值。【结论】基于三维数字化的玉米株型参数提取方法为玉米株型参数的提取与分析提供了一种精确、便捷、可视的技术手段,对于玉米株型表型组学、玉米功能结构模型及玉米株型优化研究具有重要作用。     

白桦树皮单宁的微波辅助提取工艺研究

白桦是一种重要的林木资源。研究了白桦树皮中单宁的微波辅助提取工艺,确定了最佳工艺条件。微波辅助提取桦树单宁的最佳条件为:在乙醇浓度为33%(V/V)、提取时间为92 s、提取温度为80℃、微波功率为75 W的条件下,微波辅助提取桦树单宁的收率达到5.61%,纯度为51.18%。     

白桦木质部蛋白提取方法的建立1）

以白桦（ Betula platyphylla Suks．）木质部为试验材料,分别采用TCA—丙酮提取、酚提取和试剂盒提取3种方法提取白桦木质部总蛋白。利用试剂盒定量和聚丙烯酰胺凝胶电泳、双向电泳技术比较3种提取方法的蛋白质提取效率、提取质量。同时对酚提取法进行改良,建立适用于白桦木质部蛋白的提取方法。研究结果表明,改良的酚提取法提取的白桦木质部蛋白提取量最大,电泳条带清晰,丰富,质量较高。2－DE电泳得到的蛋白凝胶背景干净,蛋白质点清晰。因此,改良的酚提取法是较适合于白桦木质部蛋白的提取方法。     

盐胁迫对白桦光合特性及叶绿素荧光参数的影响

通过对白桦在盐胁迫下的光合特性及叶绿素荧光参数变化进行测定,研究其耐盐能力,为在白桦中筛选耐盐家系提供依据。以6个半同胞家系的桦树为试验材料,采用0．4％ NaCl 漫灌的方法,每3 d 胁迫1次,研究盐胁迫下白桦叶片光合特性及叶绿素荧光参数的变化。结果表明：盐胁迫下叶绿素相对含量随胁迫时间延长呈现先升高后降低的趋势;净光合速率则为下降的趋势,其有气孔限制和非气孔限制2方面因素的影响;各家系的叶片荧光参数 Fv ／Fm 随胁迫时间延长呈现先升高后降低的趋势,φPSⅡ和 qP 均为下降的趋势,qN 保持不变或波动较大。根据盐胁迫试验得出结论,MP1和 MP2家系的叶绿素相对含量高且变化幅度小,净光合速率、Fv ／Fm、PSⅡ和 qP 降低幅度小,qN 保持稳定,因此,MP1和 MP2为耐盐性强的家系。     

基于水稻三维模型的表型参数提取及生物量估测

基于二维图像的水稻表型检测方法缺乏空间维度信息,难以提取全面的水稻表型参数,因此建立水稻三维模型进而提取全面的水稻表型参数具有重要意义。体积是指示水稻生长状况的重要参数,如何在不破坏水稻植株的前提下获取水稻体积参数是当下研究中仍有待解决的问题。基于上述考虑,提出一种基于水稻三维模型的表型参数提取及生物量估测方法,实现在不破坏水稻植株的前提下提取水稻体积参数并估测水稻生物量。以盆栽水稻为对象,首先利用Alpha-shape算法重建其三维模型,然后提取并评估水稻株高、茎粗、植被覆盖度、体积参数,并基于体积参数估测水稻生物量。结果表明,空间雕刻方法可以重建高精度的水稻三维模型,并准确测算水稻表型参数及生物量,其中水稻株高、茎粗、单株植被覆盖度均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）分别为63.27 mm、4.01 mm、5.04%和7.15%、14.91%、12.59%,水稻生物量RMSE和MAPE分别为62.44 g、19.25%,均优于现有三维重建软件的测算结果。     

三维激光扫描技术在农业中应用现状与前景展望

三维激光扫描技术具有高精度、高速度、实时性和主动性强、全数字化以及对任何物体都能扫描的特点,它作为一种新兴的测绘技术被广泛应用于国民经济各领域。在农业中,三维激光扫描仪已被应用于作物三维建模、作物生长周期分析和对比,林业中用于树干建模与测树因子获取、林分结构分析、立木材积测量等。由于它受外界环境、时间因素等影响小,随时可以获取高精度的物体三维点云数据,在数字农业研究中取得了很好效果。本文通过分析国内外研究实例,总结了三维激光扫描技术在农业中的应用现状,指出不足之处,并作出前景展望。     

激光扫描技术在自由式滑雪运动员三维人体模型建立中的应用

为了缩短体育运动中人体运动技能分析过程人体模型构建周期和提高构建精度。采用激光扫描 技术,对自由式滑雪运动员在助滑阶段的几个主要动作进行数据采集,以“实物-设计意图-三维重构-再 设计”框架为流程,建立自由式滑雪运动员三维人体模型。研究发现在采用激光扫描技术得到表面的几何 数据基础上,人体模型的构建还要经过数据拼合、简化、三角化、去噪等预处理,再进行测量数据分块、 曲面拟合,最终进行模型重构。探讨了运动生物力学研究领域人体模型构建的新方法,提高人体模型构建 效率,为体育科学人体运动研究提供基础模型。     

富含多糖的白桦成熟叶片DNA的提取方法

采用常规SDS方法、改良SDS法、常规CTAB法、高盐CTAB法和改良的CTAB法对富含多糖的白桦成熟叶片DNA进行提取，并对得到的DNA进行电泳分析和含量测定，结果表明：改良的CTAB法所提取的DNA纯度高，质量较好，用限制性内切酶酶切后条带均一，证明该方法适于提取白桦成熟叶片的基因组DNA，能满足进一步分析的要求。