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[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
邢万里 邢艳秋 黄杨 曲林 尤号田
为了提高地基激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)点云数据的单木分割精度及分割效率,以落叶期的蒙古栎人工林为研究对象,以TLS为基础数据,在三维点云数据体元化的基础上提出一种基于体元逐层聚类的单木分割算法,通过分析体元在竖直方向的z值序列准确获取单木的位置,然后利用模糊C均值算法以单木位置为初始聚类中心从最底层体元开始进行逐层聚类,最终实现样地水平蒙古栎单木分割。研究结果表明,通过分析体元在竖直方向的z值序列能准确获取单木的位置,本研究提出的单木分割算法能够实现样地水平单
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
刘浩然 范伟伟 徐永胜 林文树
【目的】探索不同树种在样地和单木尺度上无人机激光雷达点云数据的单木分割效果,选取哈尔滨城市林业示范基地阔叶林(水曲柳)和针叶林(樟子松)两块样地为研究对象,对样地内树木点云进行单木分割并评价其分割效果,为后续单木结构参数的提取提供数据支持,同时丰富森林资源信息的调查手段。【方法】通过无人机激光雷达获得样地树木点云数据,然后分别采用改进的K均值聚类算法和基于相对间距的阈值分割算法对水曲柳和樟子松样地进行单木点云数据分割。其中,水曲柳样地点云数据处理采用改进的K均值聚类算法,通过树干点云位置推算初始聚类中心,减少因树冠重叠导致的错误分割;樟子松样地点云数据处理则采用基于相对间距的阈值分割算法,通过设定多条阈值规则并利用动态最大值滤波器对树顶进行精确探测,提高算法的分割精度。最后,基于样地和单木点云完整度两个方面对点云数据分割效果进行评价。【结果】1)从样地尺度来看,水曲柳和樟子松样地单木识别率分别为0.91和0.87,相应的调和值(F)分别为0.91和0.88,结果显示单木分割的整体效果较好。水曲柳样地召回率(r)为0.87,精确率(p)为0.95,算法分割过程中产生的错误分割较少。樟子松样地算法分割的单木也多为正确分割(r=0.82、p=0.94),其分割误差主要来自于单木欠分割,过分割现象相对较少。2)从单木点云分割的完整程度来看,水曲柳样地的单木平均正确分割率为75.6%,点云平均欠分割率为24.3%,平均过分割率为18.5%,单木点云的最大错误分割率为31.8%,不同单木之间分割精度有较大差异;樟子松样地的单木分割精度较稳定,平均正确分割率达84.1%,平均欠分割和过分割率分别为16.3%和9.0%,表明单木点云不存在大量错误分割的情况。【结论】基于树木形态结构特征改进了两种优化单木点云数据分割算法,两种算法下分割的森林样地单木精度在不同评价尺度中表现均较好,对林中树木出现的树冠重叠、遮挡、偏移等现象均有一定的辨别能力,实现了森林样地树木点云数据的单木精确分割。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
王鑫运 黄杨 邢艳秋 李德江 赵晓伟
【目的】针对传统机载激光雷达（Light Detection And Ranging, LiDAR）所生成的冠层高度模型分辨率较低，不利于高郁闭度人工针叶林中冠幅较小的树种单木分割的问题，基于大疆禅思L1激光雷达高密度点云，提出了一种基于层次化泛洪的单木分割算法。【方法】采用大疆禅思L1激光雷达设备，选择东北地区樟子松与兴安落叶松人工林作为实验样地。首先对原始的高密度激光雷达点云依次进行拼接、去噪、高程归一化处理，针对两块样地生成分辨率分别为0.1、0.2、0.4 m的高、中、低3种分辨率的冠层高度模型。对3种冠层高度模型分别进行先开后闭的形态学滤波处理，以降低冠层高度模型中单个树冠内部不同像素间高程差。然后采用反距离插值算法对3种冠层高度模型中的空洞像素进行平滑处理，并采用图像增强算法提高3种冠层高度模型中树冠内部像素与树冠间像素的对比度，以降低形态学滤波对林隙的模糊处理影响。最后利用局部最大值法分别在3种冠层高度模型中搜索树顶，基于搜索到的树顶位置，结合分层处理思想通过模拟泛洪算法实现单木分割，并基于一般树冠形态，对分割后树冠投影形状、面积进行约束，以优化分割后树冠形状。【结果】针对人工针叶林林分，提出的单木分割算法结合高分辨率冠层高度模型在两种树种样地下最高分割精度达到90%以上。其中，在冠幅较小的兴安落叶松样地中，基于高、中、低分辨率冠层高度模型的单木分割精度F值分别达到91.6%、85.9%、80.2%。而冠幅较大的樟子松样地中，基于高、中、低分辨率冠层高度模型的单木分割精度F值分别为86.2%、84.1%、75.9%。【结论】基于冠层高度模型的单木分割场景中，冠幅较大的树种对于一定范围内分辨率变化不敏感，高分辨率冠层高度模型可以提高人工针叶林单木分割精度，尤其是对于冠幅较小的树种分割精度提高较大。本研究提出的单木分割方法结合无人机高密度LiDAR点云在高郁闭度人工针叶林样地中可达到较高分割精度。
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
刘超 卜鑫荣 刘慧 杨官学 沈跃 徐婕
[目的] 目标分割是通过为果园喷雾机提供树木的表征信息，使喷雾机能够实现精准喷雾的一项基本视觉任务。在分割过程中，对苗圃中的树冠、树干等不同部位进行分割，可以帮助喷雾机对喷雾部分的对靶，实现在果园或苗圃景观中无需人工干预的自动导航以及精准喷药等操作。与图片相比，点云能够更好地表征树木的三维结构并且受照明条件影响小，因此针对点云树木设计分割算法更适合应用在果园、苗圃等室外环境中工作的农业机械上。[方法] 本文介绍了一种分割精度准确、参数量小的点云分割网络，TSNet，它可以很容易地被部署在果园喷雾机上。该网络主要具有以下特点：1）该网络基于DGCNN改进，可以更好地实现点云分割任务；2)网络引入了连续递归门控卷积模块 （g~(n)Conv），可以提高树木分割的准确率；3）为了避免全局信息损失并增加信息传递效率，我们设计了权重通道用于特征传递。[结果] TSNet分割树木的mIoU达到了90.08%，模型大小为0.72 M，优于常用的点云分割算法，PointNet、PointNet++、DGCNN、CurveNet、PointMLP和D-PointNet++。[结论] 所提方法能够为苗圃树木检测识别和农业机器人作业提供更准确地感知信息。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
李丹 庞勇 岳彩荣 赵旦 徐光彩
利用TLS测量森林参数(树高、胸径和林分密度等)不仅节省人力,而且还能提高工作效率,目前已成为快速获取树木几何参数的有效方法之一。本文利用地基激光雷达数据,提出了一种半自动方式提取单木参数的方法。首先,利用发射脉冲与接收回波脉冲的形状偏差和强度对原始点云数据中的"飞点"和噪点进行滤除;然后,配准各站点云数据;接下来采用不同目标回波过滤方法滤除部分树叶点和其他非树干点;抽稀、合并各站点云数据,对合并后的点云数据水平分层并生成对应的灰度影像;对灰度影像采用Hough变换方法估测单木位置和胸径;对Hough变换检测层数较少的结果采用椭圆拟合方法重新检测;最后,结合Hough变换和椭圆拟合检测结果从点...
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
马学磊 薛河儒 周艳青 姜新华 刘娜
针对传统羊体尺测量中测量耗时、应激大的问题,采用主成分分析、随机采样一致性算法和改进的区域生长法,基于三维点云对羊体尺参数测量进行研究。结果表明:1)使用主成分分析和随机采样一致性算法能计算羊体点云的法向量和曲率;2)改进的区域生长法能准确地分割出羊体区域,并且避免了外点的干扰;3)在羊体点云数据上选取体尺测点,计算羊体长、体高、臀高、胸深体尺参数,并与实测值比较,4种体尺参数的最大相对误差为2.36%,测量精度较高。试验证明改进的区域生长法能准确地对羊体点云进行分割,依据选取的体尺测点,能够实现羊体尺参数的无接触测量。
关键词：
羊 点云 法向量估计 区域生长 体尺测量
[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)
[作者]
张星龙 冯全 杨梅 张华南
【目的】提出了一种基于光源不变图的病斑分割方法,以提高病斑识别程序的准确性和稳定性。【方法】将阴影区和非阴影区视为不同光源照明,通过最小熵法计算原图的光源不变图,在该图上采用K均值聚类算法对病斑进行分割,以采集的病斑叶片为材料,对该方法的处理效果进行验证。【结果】比较光源不变图法和H分量法的处理结果后发现,采用光源不变图法处理病斑不同区域的平均差异较H分量法更低,仅为10.7%;聚类分割算法对使用光源不变图法处理病斑图像的分割准确率为95.0%,较H分量法具有更高的正确率,且误检率更低。【结论】采用光源不变图法对病斑图像处理的效果好、性能稳定,同一目标在不同光照条件下处理结果的一致性较高。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
王晓松 杨刚
【目的】结合树木图像颜色和纹理特征,融合聚类和分类算法对树木图像进行多目标优化分割,从而提高自然背景下树木图像分割的准确性。【方法】首先,利用MSCC框架理论,解决聚类和分类目标函数同时依赖于聚类中心的问题。然后,分别选定聚类性能评价指标函数和分类性能评价指标函数。最后,采用多目标进化优化方法——NSGA-Ⅱ算法进行优化,得到Pareto前端最优解集,并通过计算聚类有效性指数I的最大值,寻找最优解决方案。选择具有代表性的法国梧桐、侧柏、松树和杏树等自然背景下拍摄的4幅图像作为样本。分别采用Kmeans、Fuzzy C-means、对聚类目标函数进行单目标优化,采用MOPSO方法进行多目标优化,以及NSGA-Ⅱ方法进行多目标优化等5种方法对样本图像进行分割比较。【结果】在聚类中心数量相同、种群大小相同、遗传代数相同的条件下,指数I的值表明本文提出的分割方法优势显著。对于4类不同样本图像分割的指数I值进行对比可知,以HF指数为单目标函数进行遗传优化的结果优于单一使用K-means和FCM算法; MOPSO多目标优化方法分割结果优于单目标优化结果;基于NSGA-Ⅱ优化的多目标函数分割结果又优于MOPSO多目标优化结果。【结论】融合聚类和分类算法构建聚类性能评价指标函数和分类评价性能指标函数,并采用非支配排序遗传算法对多目标函数进行优化,能更好地保留树木图像的颜色和纹理特征,分割准确率显著提高。
关键词：
多目标优化 树木图像 NSGA-Ⅱ
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
马静怡 黄华国 黄侃 邢路
【目的】地基激光雷达(TLS)可以对林冠下层进行快速、非破坏性的三维测量,与传统森林参数调查相比,节省了大量人力、物力和时间,在林业调查中有广泛应用。目前的研究集中在基于全方位TLS数据的参数提取,全方位扫描获取的点云数据量庞大,所需扫描时间较长,而针对快速扫描的多线阵点云数据的研究较少,相关算法有待提出,多线阵激光雷达数据的应用能力也有待验证。【方法】以北京市东升八家郊野公园和奥林匹克森林公园内的人工林为研究对象,基于多个单站扫描采集的16线阵TLS点云数据,提出了一种新的树干识别算法。该算法利用点云到达目标单木及周围其他物体距离的差异,检测出树干表面点云,并结合随机采样一致性(RANSAC)算法拟合圆,提取单木胸径;在此基础上引用角规抽样技术,进行林分平均胸高断面积的估测。【结果】对于多个单站扫描数据,单木检测率均在80%以上,株数密度最小的样地单木检测率可高达95%;对于单站数据,单木平均检测率随着扫描半径的增加而下降,在10 m左右范围内可以达到较高的检测率。以样地中被正确检测到的单木胸径估测值与实测值建立回归方程,单木胸径估测的决定系数R2在0.72~0.82之间;计算各样地单木胸径实测值与估测值的平方平均数,林分平均胸径估测精度均在90%以上,最高可达到99%,表明在样地水平上有较好的胸径估测效果。由TLS提取的胸径值结合角规抽样原理计算林分平均断面积估测值,与实测值相比,林分平均断面积估测精度可以达到90%左右。【结论】本文提出的算法能够基于单帧16线TLS数据提取单木参数,实现林分平均胸径及单位断面积的快速高效估算,为林业调查提供了一种新方法。
[期刊] 图书馆建设
[作者]
彭贤哲 石进
实现多源异构的图书资源的深度融合，有利于拓展图书服务的广度和全面性，促进智慧图书馆体系的建设，其中，多样异构、名称不一的图书元数据的语义聚合是深度融合多来源图书信息的关键所在。为此，本文通过对比分析图书在不同平台分布的元数据的差异性，以BERT-Base-Chinese作为词嵌入模型，从元数据字段本身、属性值两个角度，分析元数据之间的语义相似度和距离，并基于距离矩阵实现层次聚类，自动构建元数据之间的映射对应关系，实现名称或属性相似的图书元数据之间的语义聚合。实验结果表明，该模型识别的映射关系精准度达到了93.33%，大大降低了元数据聚集与融合过程中需付出的人力成本。此外，图书元数据语义聚合方式获得的结果具备横向扩展的空间，聚合过程亦可迭代复用，在其他信息聚合场景也具有一定的兼容性和通用性。
[期刊] 林业科学
[作者]
刘涛 李光辉
【目的】提出一种基于射线分割的林木应力波断层成像算法,研究应力波在林木横截面上的信号分布情况,提高应力波断层成像精度,准确反映林木内部缺陷的位置、大小和腐朽程度。【方法】选取4株原木样本(松树、乌桕)和4株活树样本(香樟、圆柏、柳树)进行应力波断层成像试验,利用FAKOPP应力波检测仪采集样本横截面应力波数据。首先校正采集的应力波速度,绘制应力波传播射线图,对成像区域进行网格划分;然后分割每一条应力波传播射线,基于已知射线传播速度估算待分割射线上多条线段的速度,增加应力波信号量,得到改进的应力波传播射线图;最后根据改进的应力波传播射线图估算成像区域内网格单元的速度,结合图像处理方法,生成断层图像。为验证算法的可行性,使用Resistograph微钻阻力仪评估活树内部健康状况。【结果】基于射线分割的林木应力波断层成像算法能够较准确地重建4株原木样本的断层图像。使用Resistograph微钻阻力仪对活树进行多路径钻探,与阻力曲线图相比发现,基于射线分割的林木应力波断层成像算法生成的断层成像具有较高精度。【结论】基于射线分割的林木应力波断层成像算法可提高初始网格单元速度的准确性和相关性,能够实现林木内部缺陷的高精度成像,适用于林木无损检测。
关键词：
应力波 无损检测 射线分割 断层成像
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
冯静静 张晓丽 刘会玲
树冠是树木的重要组成部分,基于遥感影像的树冠提取对于森林资源调查监测具有重要意义,但准确获得树冠的形状和边界比较困难。高分辨率影像具有丰富的纹理和光谱信息,基于高分辨率影像单木树冠勾勒技术为森林资源调查提供了一种快速有效的测树途径。但是,由于高分影像信息冗杂,面向对象的分割方法数据计算量大,并且需要人工设置光谱或纹理阈值才可以实现单木分割,导致工作效率下降,鲁棒性差。图像增强通过改变原始图像的结构关系,有选择地突出或者抑制图像中的某些特征,有效的图像增强有益于提高单木树冠分割的准确程度。因此,本文提出一种
关键词：
冠幅 数学形态学 面向对象 多尺度分割
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
洪星 姬江涛 段意洁 张瑞红
[目的]奶牛的臀宽是奶牛生长繁殖的重要评判标准，但目前臀宽测量依旧以人工测量为主，费时费力、容易受主观因素影响。本文为了实现奶牛臀宽的自动提取，提出一种基于点云精准分割的奶牛臀宽自动测量方法。[方法]搭建奶牛后俯视深度图像采集系统，对原始数据进行处理，利用DBSCAN方法剔除奶牛周围的背景。其次，基于PointNet++神经网络，将奶牛坐骨结节进行分割并获取臀部区域。最后检测奶牛臀部区域的轮廓线，利用坐骨结节与尾巴之间的凹陷来判定坐骨结节的位置，最终计算出奶牛的臀宽。[结果]试验结果表明，点云分割模型AP50可达94.2%，体尺测量的最大绝对误差为-5.53 cm，平均相对误差为5.84%。而奶牛在尾巴自然下垂状态时绝对误差在-2.02～2.22 cm范围内，平均相对误差为3.79%。[结论]本文方法在奶牛尾巴自然下垂时效果最好，能够较好地实现奶牛臀宽自动检测。
关键词：
奶牛 深度图像 体尺测量 点云处理
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
王立鹏 张佳鹏 张智 孟浩 肖绍桐 苏丽
该文提出一种基于SLAM定位的多位置和姿态点云的拼接与分割方法，可提供信息量大且准确的点云样本数据。首先，利用RTAB-MAP框架构建SLAM算法，由KinectV2传感器采集获得带有位姿信息的多角度RGBD图像样本，并转化为三维点云场景数据；其次，改进ICP算法并基于SVD算法设计多位姿点云的拼接算法；再次，根据原始点云的RGB信息与凹凸性特征，设计三维点云分割算法，以此形成一系列点云目标；最后，开展点云拼接和点云分割实验，实验结果验证了该文所提算法的正确性和有效性。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
樊丽 刘晋浩 黄青青
针对林下环境几何特征的复杂性，以及基于边检测、表面增长和聚类分割方法存在的效率低、分割不足及过度分割等问题，提出了一种基于特征融合的点云分割方法。采用地面激光扫描仪ＦＡＲＯ在北京林业大学选择样本区域进行扫描，对扫描得到的数据进行采样点剔除及滤波，得到由１ １６６ ３０２个点组成的林下环境点云数据，主要包括林木、地面、石块、人４类目标。综合利用点云法向量信息和激光反射强度信息可实现点云分割。其中，点云激光反射强度可直接从扫描得到的点云数据中获取；法向量可根据点云数据的三维坐标信息，通过对点云数据建立ｋｄ－ｔＲｅｅ数据结构，执行ｋ－邻域搜索，并基于ＰｌＡｎｅＰＣＡ算法计算得到。将点云法向量和激光反．．．
关键词：
林下环境 点云分割 法向量 激光强度
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