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[期刊] 林业科学
[作者]
尤磊 哈登龙 谢明坤 张晓鹏 宋新宇 庞勇 唐守正
【目的】利用地面三维激光扫描仪获取的单木树干点云,提出一种基于断面轮廓曲线的树干材积计算方法,为准确测定单木树干材积提供参考。【方法】首先,将树干点云按设定高度thick划分为若干等高垂直分段,对于一个垂直分段,将其树干点云投影至下断面得到一个平面点集,以该点集凸包点形成闭合凸多边形的质心为中心点,以角度参数θ对该平面点集角度分区,一个角度分区中所有点的重心点为该角度分区的轮廓点,根据角度分区在上下垂直分段上的相邻性和连续性修复无轮廓点的角度分区;然后,以当前垂直分段所有角度分区的轮廓点为插值点,构建一条闭合连续光滑的三次B样条曲线(称之为垂直分段的断面轮廓曲线),该曲线所围面积为断面积,断面积与高度thick之积为垂直分段体积,所有垂直分段体积累加得到树干材积。分别以可准确计算体积的圆柱体、圆台体和抛物线体的模拟点云与地面三维激光扫描仪获取的来自7个树种183个长度为1 m的树干点云为实测数据,开展模拟试验和实测试验。【结果】模拟试验结果表明,对于圆台体和抛物线体的体积计算,断面轮廓曲线法在合适的thick与θ参数下计算精度高于拟合圆、拟合圆柱体和Bézier凸曲线法的计算精度。实测试验结果表明,与断面轮廓曲线法计算的材积(thick=2 cm,θ=2°)相比,拟合圆、拟合圆柱体和Bézier凸曲线法计算材积的平均绝对百分比误差(MAPE)分别为064%、43365 cm~3和054%,均方根误差(RMSE)分别为063%、42906 cm~3和053%,总相对误差(TRE)分别为1188%、3 36136 cm~3和951%。【结论】断面轮廓曲线法计算的树干断面积和材积最为精确,传统以横断面是圆为理论计算的树干断面积和材积均大于其真值。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
刘士兴 朱妍 宋亚杰 孙操
为了改善光电子技术、数字图像处理等3D打印相关技术课程的实践教学效果,设计了基于激光三角法的三维轮廓测量系统。采用单片机作为主控制器,步进电机驱动旋转靶台使待测物体做360°旋转,工业相机采集线激光器照射到被测物体的反射光,对图像进行二值化和滤波预处理、极值法提取激光线中心、点云坐标计算等处理后获取被测物体三维轮廓信息。实验结果表明,该系统能够准确获取被测物体三维轮廓,测量误差小于±0.5mm。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
周崇秋 高春甫 李林峰 王冬云
通过MV-DP090-02B激光轮廓传感器获取轨道车辆轮对踏面轮廓影像信息，再将物体表面轮廓位置转化为三维点云数据，并对数据进行降噪和特征提取，然后对踏面轮廓进行三维重建。文章结合轮对踏面动态测量实验，对轮对低速转动过程中的踏面轮廓进行了扫描。数据处理结果表明，基于MV-DP090-02B激光轮廓传感器获取的三维扫描点云数据及相关数据处理，可以动态测量轮对转动过程中的踏面轮廓；MV-DP090-02B激光轮廓传感器能够满足实验室的测量需求，操作简便，是“轨道交通车辆机械检修”课程实验中轮对踏面轮廓获取的一种新方法。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
邓向瑞 冯仲科 马钦彦 姚山 罗旭
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.
[期刊] 林业科学
[作者]
黄洪宇 陈崇成 邹杰 林定
对利用野外树木激光扫描获取的海量点云数据来提取树木几何与拓扑特征并以此来构建树木三维模型的方法进行综述。在总结基于激光点云的树木建模基本原理和步骤的基础上,围绕单树点云数据的分割、树枝骨架的提取与优化、单木模型的表面重建等主要过程,对各种具体实现技术或方法进行分类、分析和评价,最后对生成的树木模型的精度和未来的技术发展趋势进行简要分析。
[期刊] 林业科学
[作者]
尤磊 唐守正 宋新宇
【目的】将使用三维激光扫描仪获取的树木点云构建树木三维模型与提取树木参数相结合，构建适用于树干参数提取的树干三维表面模型。【方法】采用三维表面重建技术，根据树干点云特征改进基于切平面投影的表面重建算法，并将其应用于重建树干的不规则三角网表面模型中。改进内容如下：１）使用半径阈值作为邻域点的选取准则以减少点云分布散乱对邻域点集选择的影响；２）根据点之间距离越近、影响越大的思想，使用距离加权方式计算特定点处切平面的法向量，且当邻域点集投影至切平面上产生重复投影点时，删除距离较远的邻域点；３）根据点集在平行平面间投影的几何拓扑不变性简化投影切平面的构建；４）以点集旋转方式简化三维平面点集到二维平面点．．．
关键词：
树干 点云 表面重建 切平面 法向量
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张莹莹 周俊
为探索激光雷达在农业机器人环境理解和导航中的应用,研究一种基于改进DBSCAN算法的果园树干检测算法。该算法使用自适应密度阈值和聚类半径对不同距离处数据点进行聚类和整合,以克服DBSCAN算法对全局变量值敏感的缺点。针对激光雷达可能扫到地面造成机器人误检的问题,采用机器人航位推算模型计算当前帧数据中待定类的距离,通过与前一帧数据中对应类距离的比较判定待定类的类别,进而对地面干扰类进行排除。试验结果表明:1)机器人正常行走时本算法能够排除噪声准确识别树干类点;2)存在果树分枝或地面干扰时,有少量漏检,平均误判果树数目为-0.13棵,能够区分出地面类和果树类。该研究可以应用到农业机器人果园环境理解...
[期刊] 林业科学
[作者]
郭秀荣 陆怀民 杜丹丰
提出一种基于激光扫描的林木材积测定技术,该技术利用几何方法处理扫描获得的三维点云数据,并采用VC++和Matlab语言编程,可以快速、准确地计算林木材积。试验证明,林木材积平均误差小于3%。如对多株林木进行扫描,可最终实现森林蓄积量测定的自动化,从而节约大量人力物力。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
熊妮娜 王佳 罗旭 冯仲科 韩光瞬
树冠体积在林业及其他领域得到越来越广泛的应用.该文介绍了三维激光扫描系统的组成、工作原理及工作流程;探讨了应用三维激光扫描系统,通过扫描获取单株树木的三维空间点阵数据,将树冠近似为多个圆台体,求它们的体积之和来计算树冠体积的方法.并在甘肃省小陇山林业局党川林场以油松为例进行了实验,而后对实测数据进行了精度分析,取得了较为满意的结果.研究表明,利用三维激光扫描系统测量树冠体积具有较强的实践意义和应用价值.
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
彭孝东 何静 时磊 赵文锋 兰玉彬
为了更好地建立单木三维彩色模型，获得准确表型参数，提出了一种基于Kinect v2相机和激光雷达的单木点云信息融合检测方法。首先由激光雷达采集樱树单木所在区域的完整环境点云，生成点云地图；由Kinect相机采集樱树单木多视角点云得到完整的三维彩色点云；然后以激光雷达点云位置为基准，通过选取对应同名点的方式对2种点云进行初始配准，使点云之间具有良好的初始位置关系，再使用最近点迭代（iterative closest point, ICP）算法对点云进行精配准；最后使用彩色点云对雷达点云进行点云着色融合处理，实现樱树单木的三维重建。结果显示：与只使用Kinect v2相机生成的樱树单木表型参数对比，融合后的樱树单木的株高、冠幅和胸径的平均相对误差分别降低了1.52、6.46和18.17个百分点。研究结果表明，Kinect v2深度彩色相机和激光雷达在单木三维重建上能实现优势互补，提升点云配准精度，同时，既能降低光照气候条件的影响，又能增加测量距离，单木表型参数更准确。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
孙圆 顾炜江 林秀云 姚睿涵 曹林 史博文 曹福亮
【目的】落羽杉树种自上世纪在江苏引种,目前绝大部分成林、成材,发挥了较好的生态、经济和社会效益。为该树种建立合适的一元材积表、计算材种出材率有助于对树种的精准经营。【方法】设计地面激光多站点扫描获取活立木点云数据,提取立木结构参数胸径(D)、树高(H)、上部直径(d),计算立木材积(V),为研究区落羽杉建立一元材积模型和削度模型,编制一元材积表和材种出材率表。采伐每种源落羽杉标准木各一株制作解析木作为检验数据。【结果】激光点云所提取的胸径与实测胸径精度相关性为R2=0.922;研究得到二项式模型为研究区落羽杉一元材积式,该模型R~2=0.969,TRB和MSB分别为2.88%和9.99%,无明显的系统偏差,编制一元材积表可用于研究区落羽杉的立木材积估计;建立了研究区落羽杉削度方程,所用改进四参数schumacher模型R~2=0.939,并以单木结果推算林地单位面积平均材种出材。经过检验,所得一元材积表在置信区间95%下,与检验数据方差不存在显著不同(F=0.880)。削度方程造材结果与解析木造材结果的线性回归斜率均接近1,且大径材回归检验精度最好,R~2都为0.99。【结论】经过分析,实验地6个种源落羽杉纯林单位面积材种出材量最大为大径材。结合前人研究结果实验区生长表现优良的种源出材状况较好,特别是削度性状良好的14号和17号种源可作为用材树种进行推广应用。地面激光扫描技术无破坏性,是林业调查中的新方法。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
陈军 孙圆 刘晨曦 姚睿涵 于嘉辉 曹福亮 余鹏飞
[目的]马褂木是优良的用材树种,研究其材积模型并分析多种密度种植下的径级材种造材出材率,旨在为马褂木人工林高效培育提供重要的指导。[方法]在马褂木多密度人工林试验区获取全样地地面激光雷达数据。通过点云提取单木结构参数,对4种造林密度(株行距配置:2m×2m、3m×3m、4m×4m、5m×5 m)马褂木试验林测树因子(胸径DBH,树高H,材积V)进行分析,建立一元材积方程、削度方程模型,并应用削度方程计算各密度林分材种出材率。[结果]研究得到的一元二次式V=0.000 3D~2+0.006 5D-0.036 9为研究区马褂木最优一元材积式,该模型的决定系数(R~2)为0.884,经过剩余标准差(S_(EE))、系统误差(T_(RE))、平均相对误差(M_(SE))、预估精度(ρ)等评价指标检验,无明显系统偏差,可用于研究区马褂木材积估计。研究选定改进的舒马赫方程式作为不同密度马褂木的削度方程,该模型R~2为0.924,经检验方程均方根误差为1.454,平均相对误差为0.050,预估精度达到0.910。进一步采用削度方程为多密度马褂木试验林进行多径级材造材,得到疏林地4m×4m密度种植下的大径材出材率最大(39.582%),密林地2m×2m密度种植下的小径材出材率最大(81.250%),而综合出材率最大的是4m×4m密度(98.650%)。[结论]马褂木多密度经营下,疏林地大径材出材率最大,密林则以小径材为主要径级材种。基于地面激光点云获取的单木参数可以直观地进行森林经理研究,对提升人工林的生产经营水平以及提高林业工作者的工作效率均有积极影响。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
孙圆 顾炜江 林秀云 姚睿涵 曹林 史博文 曹福亮
【目的】落羽杉树种自上世纪在江苏引种，目前绝大部分成林、成材，发挥了较好的生态、经济和社会效益。为该树种建立合适的一元材积表、计算材种出材率有助于对树种的精准经营。【方法】设计地面激光多站点扫描获取活立木点云数据，提取立木结构参数胸径（D）、树高（H）、上部直径（d），计算立木材积（V），为研究区落羽杉建立一元材积模型和削度模型，编制一元材积表和材种出材率表。采伐每种源落羽杉标准木各一株制作解析木作为检验数据。【结果】激光点云所提取的胸径与实测胸径精度相关性为R~2=0.922；研究得到二项式模型为研究区落羽杉一元材积式，该模型R~2=0.969,T_(RB)和M_(SB)分别为2.88%和9.99%，无明显的系统偏差，编制一元材积表可用于研究区落羽杉的立木材积估计；建立了研究区落羽杉削度方程，所用改进四参数schumacher模型R~2=0.939，并以单木结果推算林地单位面积平均材种出材。经过检验，所得一元材积表在置信区间95%下，与检验数据方差不存在显著不同（F=0.880）。削度方程造材结果与解析木造材结果的线性回归斜率均接近1，且大径材回归检验精度最好，R~2都为0.99。【结论】经过分析，实验地6个种源落羽杉纯林单位面积材种出材量最大为大径材。结合前人研究结果实验区生长表现优良的种源出材状况较好，特别是削度性状良好的14号和17号种源可作为用材树种进行推广应用。地面激光扫描技术无破坏性，是林业调查中的新方法。
[期刊] 福建农林大学学报(自然科学版)
[作者]
周术诚 罗才英 梁忠
采用多尺度分析技术实现三维轮廓曲线匹配.三维轮廓曲线通过不同尺度的Gaussian函数滤波和等距重采样,将曲率和挠率的乘积为局部极大值的点作为轮廓曲线的特征点,利用特征点将轮廓分段,对轮廓曲线进行Fourier变换得到Fourier描述符;选择Fourier描述符的低频分量构成三维轮廓曲线的特征矢量,通过比较特征矢量决定2条轮廓是否相似;在2条轮廓相似的基础上,实现三维物体轮廓曲线的匹配.结果表明本文提出的算法具有快速、准确、效果好等特点.
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
靳晓东 姜立春
【目的】立木材积方程在森林生产力、生物量和碳储量等林业问题方面都有着广泛的应用。因此,提高立木材积的预测精度一直是林业模型研究者的重要任务。本研究以大兴安岭樟子松为研究对象,构建含有不同形率的二元和三元材积方程,并对比检验其预测效果,旨在把传统立木材积的预测精度提高到一个新的水平。【方法】利用15个树干不同形率,基于传统的一元和二元立木材积方程分别建立二元和三元立木材积方程,并与传统的一元和二元材积方程比较。通过对各模型进行拟合选出最优形率模型,具体选用统计软件S-PLUS中的广义非线性模块(GNLS)进行拟合。并利用幂函数、指数函数以及常数加幂函数校正在拟合过程中各立木材积模型表现的异方差现象。选择确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均误差绝对值(MAB)和相对误差绝对值(MPB)4个指标对模型进行评价。最终采用分径阶比较法比较不同径阶范围内4种方程的预测精度。【结果】基于相对树高70%处形率的二元模型拟合效果最好,基于相对树高50%处形率的三元模型拟合效果最好。模型检验结果表明:基于传统的一元模型,加入形率后模型的RMSE、MAB、MPB分别降低了33.7%、30.7%、29.9%;基于传统的二元模型,加入形率后的模型RMSE、MAB、MPB分别降低了70.5%、70.9%、71.2%。不同径阶的检验表明:对于小径阶和中等径阶的树木,模型的检验精度顺序为模型(13)>模型(2)>模型(12)>模型(1);对于大径阶的树木,模型的检验精度顺序为模型(13)>模型(12)>模型(2)>模型(1)。【结论】形率因子是干形的重要指标。在传统立木材积模型中引入形率因子可以提高材积的预测精度,因此,对于樟子松立木材积的估算,尤其是中大径阶林分,推荐使用带有形率的三元立木材积模型。
关键词：
樟子松 形率 异方差 材积 预测精度
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