基于移动激光扫描的行道树树干提取

基于移动激光扫描技术的行道树资源调查是当前的研究热点及未来的发展趋势,树干提取是行道树定位与分割的核心步骤,已有方法由知识驱动,人工设计树干检测规则,难以跨越低层点云数据到高层地物目标的语义鸿沟。针对上述问题,基于移动2D Li DAR系统采集的城市街道点云数据,将行道树树干提取分为树干点云识别与树干点云分割2个步骤。首先,构建城市街道点云标注数据集,提取深度、高程、维度、密度、强度等14个局部点云特征,采用Boosting监督学习算法从标注数据集中自动学习树干点云与非树干点云的差异性,通过特征融合获取高精度树干点云检测器;然后,基于树干点云识别结果,采用帧投影方法分割标识出每一根树干。试验结果表明:基于监督学习的树干点云检测器有较好的分类性能,为树干分割提取提供了精准数据,对于0.10～0.40 m的球域半径,测试集查准率均高于93%,查全率均高于94%。此外,以Bayes错误率为评价指标衡量单个特征的鉴别力,得出鉴别力最强的3个特征为高程方差、强度范围及强度方差。     

基于有限元的多级Y型银杏树模态分析与试验

机械振动采收是林果采收目前最有效的方式,研究林果树的固有动力学特性能够为果树在振动采收过程中激振器激振参数的选择提供依据。利用移动二维激光扫描技术获取多级Y型银杏树的点云数据,通过点云数据的处理重建树木的三维模型并采用Creo进行实体化处理,使用ANSYS对银杏树进行有限元分析并与测试结果进行对比验证。结果表明:主干和分枝之间存在一定的运动独立性,随着侧枝的分级细化会出现除主干谐振频率点以外更多的谐振频率。在有限元分析条件下银杏树的各阶谐振频率均成对出现,在同一阶模态中,仅有一个或几个树枝能够同时出现显著的振动现象,并且最大变形位置均出现在树枝末梢,以某个特定频率对银杏树进行激振并不能引起所有树枝的振动。有限元分析与试验测试结果之间的最大相对误差在低于15 Hz的低频区和高于15 Hz的高频区分别为10.40%和6.75%,有限元方法可以有效地分析果树的动力学特性。     

基于移动激光扫描的靶标叶面积计算方法

针对疏枝果园的变量对靶施药问题,提出基于移动激光扫描(Mobile laser scanning,MLS)技术的靶标叶面积计算方法,为变量施药实时提供基础数据。为消除激光雷达(Light detection and ranging,LiDAR)探测距离和施药车辆行驶速度对点云密度的影响,在车辆行驶方向和激光雷达扫描方向上计算每个测量点的分辨率,为MLS点云数据建立变尺度格网,以格网面积作为被激光束覆盖的叶面积,建立靶标总体格网面积(Total grid area,TGA)与真实总体叶面积(Total leaf area,TLA)的线性回归模型。采用仿真树模拟疏枝果树靶标,搭建移动激光扫描测量系统,采集靶标点云数据,改变探测距离及移动速度,获取了4种不同疏枝程度靶标的108个样本数据。试验结果表明,随着探测距离的增加和移动速度的降低,靶标点云数显著减少,变异系数最小为0. 920 9,靶标格网面积能稳定提取,变异系数最大为0. 053 7,TGA与TLA的拟合优度为0. 909 0,叶面积测量相对误差均值为9. 16%。     

过氧化氢诱导蚕豆气孔保卫细胞一氧化氮的产生

过氧化氢(H2O2)和一氧化氮(NO)已被证明是植物中的信号分子,生物和非生物胁迫都可以导致H2O2和NO的产生.以蚕豆下表皮为材料,通过表皮条生物分析方法和激光扫描共聚显微镜显微技术,检测了H2O2诱导蚕豆气孔关闭过程中NO的产生.H2O2以浓度依赖的方式诱导气孔关闭,NO也有类似的作用.100 μmol/L H2O2诱导的气孔关闭作用可明显地被25 μmol/L一氧化氮合酶(L-NAME)专一性抑制剂或200 μmol/L一氧化氮清除剂(cPTIO)逆转.但L-NAME和cPTIO单独处理时对气孔开度几乎无影响.表皮条经100 μmol/L H2O2处理,再用NO分子探针乙酰乙酸盐-4,5-二氨基荧光黄(DAF-2 DA)孵育后,与对照相比,保卫细胞胞质中荧光强度明显增加.结果表明NO可能参与H2O2诱导的气孔关闭,保卫细胞中H2O2可能是通过NOS途径诱导NO的产生,而且H2O2可能作为上游信号分子诱导NO的产生.     

荧光指示剂检测甜菜胞内钙离子的条件优化

胞内钙离子信号做为第二信使参与植物抗病信号转导途径。以甜菜叶片为试验材料,用孵育方法将Ca2+荧光探针Fluo-3/AM载入甜菜细胞中,并结合激光共聚焦扫描显微技术,研究甜菜叶片胞质游离Ca2+的测定方法。结果表明,采用20μmol·L-1的钙离子荧光指示剂Fluo-3/AM装载顺次进行低温4℃孵育120 min,25℃孵育120 min,可获得较为理想的甜菜叶片胞质游离Ca2+染色结果。该方法可用于检测BNYVV侵染甜菜叶片胞质游离钙离子的变化,为研究甜菜BNYVV入侵甜菜后胞内钙信号作用提供理论研究基础。     

基于二维激光扫描的立木胸径计算方法性能分析

针对目前立木胸径算法性能对比中以树干作为测量目标而无法精确评估这一问题,使用激光扫描雷达,以5种管径的PVC管作为测量目标,应用目前常用的两种几何法(切线法、弧长法)与拟合法(Taubin),结合对应的4种角度补偿算法计算目标直径,分析各种算法误差及适用范围,对各种算法性能进行评价。结果表明,Taubin算法精度最高,考虑所有样本后,平均绝对误差为4.89%,其中测量距离为3~6 m时精度最高,平均绝对误差为3.62%。管径小于200 mm,测量距离小于2 m时,所有计算方法的误差均相对较高,其中Taubin法的平均绝对误差为10.59%,优化的弧长法与切线法的平均绝对误差分别为14.03%和13.47%。当测量距离大于2 m时,算法精度大幅度提升,Taubin算法的平均绝对误差降到6%以下。实验表明,Taubin算法在所有计算方法中精度与稳定性最高,最具有工程应用价值。     

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.     

基于三维激光扫描技术的冻结黑土细沟发育模拟

为探究融雪径流与冻结状态对黑土细沟网络发育的影响,该研究开展了冻结与非冻结处理黑土坡面的融雪径流模拟冲刷试验,利用三维激光扫描技术获取多次定时径流冲刷并直至侵蚀形态稳定的坡面点云,结合数字表面模型差异（digital surface model of difference, DoD）微地形变化监测方法与点云逆向工程,获取细沟网络发育过程的侵蚀面积、侵蚀体积、细沟长度和细沟密度等侵蚀参数。结果表明,冻结因素与温度变化对细沟网络发育过程与程度有重要影响：1）冻结处理的黑土坡面更容易发展出细沟网络,达到坡面侵蚀形态基本稳定后的侵蚀面积、侵蚀体积以及侵蚀细沟长度是非冻结处理黑土坡面的291%、557%和437%。2）冻结处理与非冻结处理沿坡面细沟截面形态变化差异明显。冻结坡面细沟交叉时宽深比R_W/D快速减小,下切速度加快,随后宽度与深度呈比例稳定增加;非冻结坡面汇水处的R_W/D随冲刷次数增加而增大,侧蚀速度加快,其他截面R_W/D随着冲刷次数的增加而减小,下切速度加快。3）采用ArcGIS与点云逆向工程模型联合获取的冻结状态下细沟形态参数与发育过程DoD相对误差范围为-12.70%～4.42%,提取精度在95%以上。该联合方法在冻结土体条件下获取细沟参数具有较高精度,可作为土壤侵蚀参数高精度提取的一种手段。     

小麦根系细胞学观察体系的构建和应用

为给小麦根系的生物学研究提供技术支撑,基于激光扫描共聚焦显微镜(laser scanning confocal microscope, LSCM)和光切片技术,通过优化制片体系和调整观察参数,构建了小麦根系胚根的横向和纵向细胞结构观察技术体系,并利用该体系对小麦品种农大1108、小偃22、烟农19号、碧蚂4号和西农88的主胚根根冠、分生区、过渡区、伸长区和成熟区进行了连续观察和比较。结果表明,供试材料的根冠和分生区长度、成熟区内部的不同组织细胞大小在材料间均存在显著差异,但分生区横向细胞结构和过渡区长度在材料间无明显差异。