基于點云數(shù)據(jù)的毛竹筍蓄積量-生物量模型研究
發(fā)布時間：2021-12-18 23:45
毛竹筍生長與毛竹產量及固碳能力有密切的關系,研究毛竹筍蓄積量與生物量之間的關系,探討毛竹筍生物量變化規(guī)律,有利于了解毛竹筍的生長特性。利用地面LiDAR技術獲取毛竹筍三維點云數(shù)據(jù),進而構建毛竹筍三維模型,并計算其體積,嘗試建立毛竹筍蓄積量轉換為生物量的數(shù)學模型。試驗結果表明:對于利用毛竹筍三維模型計算的體積與利用Simalian公式計算的體積,兩者相關性高;通過樣本檢驗發(fā)現(xiàn),毛竹筍蓄積量與生物量的轉換模型精度達到84.24%。以上研究表明,地面LiDAR可以為毛竹筍生物量的快速測算提供體積參數(shù)。
【文章來源】：激光與光電子學進展. 2020,57(21)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
掃描區(qū)域局部圖。（a）區(qū)域1;(b）區(qū)域2
三維激光掃描系統(tǒng)主要由掃描裝置、內置計算機以及電源供應系統(tǒng)組成，采用非接觸式激光測量，利用激光測距原理，記錄被測物體表面密集的點的三維坐標（X,Y,Z）和反射率等信息，點云三維建模后可獲得目標物體的長度、面積和體積等幾何信息。毛竹筍抽枝展葉前的結構相對簡單，易于獲取其完整的三維激光點云數(shù)據(jù)，沒有枝葉的干擾，便于建立其真實的三維模型。將樣本三維點云數(shù)據(jù)導入Cyclone軟件，利用Cyclone軟件對樣本點云數(shù)據(jù)進行預處理，分割并導出毛竹筍點云數(shù)據(jù)，如圖2所示。利用三維點云數(shù)據(jù)計算體積的常用方法大致有四類：模型重建法[23]、凸包算法[24]、投影法[25]和切片法[26]。其中，模型重建法先利用點云數(shù)據(jù)建立不規(guī)則三角網(wǎng)，再通過構建物理模型計算體積，該算法受點云密度和不規(guī)則三角網(wǎng)格數(shù)量的影響，需要對產生的孔洞進行修補。凸包算法先用凸包模型模擬不規(guī)則物體，再把模型切片并累加計算體積，該算法適用于凸體模型，非凸體模型的體積計算精度較低。投影法利用三角形剖分點云數(shù)據(jù)進行投影，構建關于投影點與對應點的五面體，通過累加五面體來計算體積，但該算法容易產生孔洞。切片法沿某一坐標軸線進行切片，計算切片上下表面的面積，之后沿平行于該坐標軸的方向重復切片，累加計算總體積，該算法受切片厚度的影響，體積計算精度與效率成反比。
本試驗將單株毛竹筍的點云數(shù)據(jù)導入Geomagic Studio 2012軟件中，由于點云數(shù)據(jù)龐雜且存在噪聲點，采用減少噪聲、統(tǒng)一采樣和刪除體外孤點等功能；選擇“封裝”模塊生成曲面模型（由許多細小的三角面片組成）；為得到符合毛竹筍曲面特征的模型，選擇“松弛”模塊，通過目視解譯，調節(jié)平滑級別為4、強度為1和曲率優(yōu)先為1；封裝后生成的曲面模型存在破損漏洞，選擇多邊形選項中基于曲率的“填充單個孔”功能，逐一修補漏洞，形成完整的毛竹筍三維模型，如圖3所示；構建毛竹筍三維模型的閉合體后，選擇分析選項中的“體積計算”功能計算體積。3 點云模型測算毛竹筍蓄積量的精度分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]點云體素細化生成樹木骨架的方法[J]. 栗榮豪,陳益楠,甘小正,張青,汪沛. 激光與光電子學進展. 2019(19)
[2]基于激光雷達點云數(shù)據(jù)的樹種分類[J]. 陳向宇,云挺,薛聯(lián)鳳,劉應安. 激光與光電子學進展. 2019(12)
[3]基于三維激光點云的城市綠化樹種材積及樹干碳儲量無損精確測算[J]. 徐詩宇,施擁軍,馮晟斐. 浙江農林大學學報. 2018(06)
[4]利用激光點云數(shù)據(jù)的多方法求取體積的對比試驗[J]. 謝宏全,陳艷紅,曹朔,盧霞. 測繪通報. 2018(11)
[5]三維點云場景數(shù)據(jù)獲取及其場景理解關鍵技術綜述[J]. 李勇,佟國峰,楊景超,張立強,彭浩,高華帥. 激光與光電子學進展. 2019(04)
[6]基于從運動中恢復結構的三維點云孔洞修補算法研究[J]. 曾露露,蓋紹彥,達飛鵬,黃源. 光學學報. 2018(06)
[7]從三維激光點云中快速統(tǒng)計樹木信息的方法[J]. 肖楊,胡少興,肖深,張愛武. 中國激光. 2018(05)
[8]基于激光回波強度判別毛竹年齡[J]. 蔡越,徐文兵,梁丹,鄧愫愫,李翀. 中國激光. 2018(01)
[9]三維激光掃描技術在船舶排水量計量中的應用[J]. 張吉星,程效軍,程小龍. 中國激光. 2016(12)
[10]采空區(qū)三角形投影體積算法及其應用[J]. 王婷玉,羅周全,黃俊杰,秦亞光. 中國地質災害與防治學報. 2016(02)
博士論文
[1]森林生物量建模與精度分析[D]. 王仲鋒.北京林業(yè)大學 2006
碩士論文
[1]基于地面LiDAR的單株毛竹地上生物量測算方法研究[D]. 蔡越.浙江農林大學 2018
本文編號：3543379
【文章來源】：激光與光電子學進展. 2020,57(21)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
掃描區(qū)域局部圖。（a）區(qū)域1;(b）區(qū)域2
三維激光掃描系統(tǒng)主要由掃描裝置、內置計算機以及電源供應系統(tǒng)組成，采用非接觸式激光測量，利用激光測距原理，記錄被測物體表面密集的點的三維坐標（X,Y,Z）和反射率等信息，點云三維建模后可獲得目標物體的長度、面積和體積等幾何信息。毛竹筍抽枝展葉前的結構相對簡單，易于獲取其完整的三維激光點云數(shù)據(jù)，沒有枝葉的干擾，便于建立其真實的三維模型。將樣本三維點云數(shù)據(jù)導入Cyclone軟件，利用Cyclone軟件對樣本點云數(shù)據(jù)進行預處理，分割并導出毛竹筍點云數(shù)據(jù)，如圖2所示。利用三維點云數(shù)據(jù)計算體積的常用方法大致有四類：模型重建法[23]、凸包算法[24]、投影法[25]和切片法[26]。其中，模型重建法先利用點云數(shù)據(jù)建立不規(guī)則三角網(wǎng)，再通過構建物理模型計算體積，該算法受點云密度和不規(guī)則三角網(wǎng)格數(shù)量的影響，需要對產生的孔洞進行修補。凸包算法先用凸包模型模擬不規(guī)則物體，再把模型切片并累加計算體積，該算法適用于凸體模型，非凸體模型的體積計算精度較低。投影法利用三角形剖分點云數(shù)據(jù)進行投影，構建關于投影點與對應點的五面體，通過累加五面體來計算體積，但該算法容易產生孔洞。切片法沿某一坐標軸線進行切片，計算切片上下表面的面積，之后沿平行于該坐標軸的方向重復切片，累加計算總體積，該算法受切片厚度的影響，體積計算精度與效率成反比。
本試驗將單株毛竹筍的點云數(shù)據(jù)導入Geomagic Studio 2012軟件中，由于點云數(shù)據(jù)龐雜且存在噪聲點，采用減少噪聲、統(tǒng)一采樣和刪除體外孤點等功能；選擇“封裝”模塊生成曲面模型（由許多細小的三角面片組成）；為得到符合毛竹筍曲面特征的模型，選擇“松弛”模塊，通過目視解譯，調節(jié)平滑級別為4、強度為1和曲率優(yōu)先為1；封裝后生成的曲面模型存在破損漏洞，選擇多邊形選項中基于曲率的“填充單個孔”功能，逐一修補漏洞，形成完整的毛竹筍三維模型，如圖3所示；構建毛竹筍三維模型的閉合體后，選擇分析選項中的“體積計算”功能計算體積。3 點云模型測算毛竹筍蓄積量的精度分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]點云體素細化生成樹木骨架的方法[J]. 栗榮豪,陳益楠,甘小正,張青,汪沛. 激光與光電子學進展. 2019(19)
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[3]基于三維激光點云的城市綠化樹種材積及樹干碳儲量無損精確測算[J]. 徐詩宇,施擁軍,馮晟斐. 浙江農林大學學報. 2018(06)
[4]利用激光點云數(shù)據(jù)的多方法求取體積的對比試驗[J]. 謝宏全,陳艷紅,曹朔,盧霞. 測繪通報. 2018(11)
[5]三維點云場景數(shù)據(jù)獲取及其場景理解關鍵技術綜述[J]. 李勇,佟國峰,楊景超,張立強,彭浩,高華帥. 激光與光電子學進展. 2019(04)
[6]基于從運動中恢復結構的三維點云孔洞修補算法研究[J]. 曾露露,蓋紹彥,達飛鵬,黃源. 光學學報. 2018(06)
[7]從三維激光點云中快速統(tǒng)計樹木信息的方法[J]. 肖楊,胡少興,肖深,張愛武. 中國激光. 2018(05)
[8]基于激光回波強度判別毛竹年齡[J]. 蔡越,徐文兵,梁丹,鄧愫愫,李翀. 中國激光. 2018(01)
[9]三維激光掃描技術在船舶排水量計量中的應用[J]. 張吉星,程效軍,程小龍. 中國激光. 2016(12)
[10]采空區(qū)三角形投影體積算法及其應用[J]. 王婷玉,羅周全,黃俊杰,秦亞光. 中國地質災害與防治學報. 2016(02)
博士論文
[1]森林生物量建模與精度分析[D]. 王仲鋒.北京林業(yè)大學 2006
碩士論文
[1]基于地面LiDAR的單株毛竹地上生物量測算方法研究[D]. 蔡越.浙江農林大學 2018
本文編號：3543379
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