[發(fā)明專利]一種基于移動(dòng)激光掃描的靶標(biāo)葉面積在線計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010191988.X
• 申請(qǐng)日: 2020-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN111288934B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁鵬成;李秋潔;鄧賢;茹煜;王水金
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/28
• 分類號(hào): G01B11/28
• 代理公司: 北京思創(chuàng)大成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11614
• 代理人: 尹慧晶

1.一種基于移動(dòng)激光掃描的靶標(biāo)葉面積在線計(jì)算方法，其特征是它采用移動(dòng)激光掃描傳感器獲取靶標(biāo)即樹木的激光數(shù)據(jù)，根據(jù)移動(dòng)激光掃描傳感器的移動(dòng)速度結(jié)合移動(dòng)激光掃描傳感器獲得的測(cè)量距離計(jì)算變尺度格網(wǎng)面積，通過累加對(duì)應(yīng)于各噴頭的變尺度格網(wǎng)面積計(jì)算靶標(biāo)葉面積；

具體包括以下步驟：

步驟1、將移動(dòng)激光掃描傳感器安裝在噴霧車輛上，噴霧車輛經(jīng)過任一排待噴霧樹木，移動(dòng)激光掃描傳感器獲取樹木的激光數(shù)據(jù)，包括各掃描點(diǎn)的測(cè)量距離和掃描角度；步驟2、判斷感興趣區(qū)域內(nèi)是否存在樹木靶標(biāo)，若不存在，令樹冠葉面積為0，之后執(zhí)行步驟1；否則，執(zhí)行步驟3；

步驟3、進(jìn)行噴霧車速度檢測(cè)，若檢測(cè)到噴霧車速度v，執(zhí)行步驟4；否則，停止執(zhí)行并報(bào)警；

步驟4、根據(jù)測(cè)量距離和噴霧車速度v計(jì)算變尺度格網(wǎng)面積，再累加變尺度格網(wǎng)面積計(jì)算對(duì)應(yīng)于各噴頭的樹冠表面的葉面積，之后執(zhí)行步驟5；

步驟5、根據(jù)步驟4得到的對(duì)應(yīng)于各個(gè)噴頭的格網(wǎng)面積計(jì)算真實(shí)的樹冠葉面積；步驟4具體包括以下步驟：

步驟4、將移動(dòng)激光掃描傳感器單次掃描數(shù)據(jù)離散化為不同高度的小長(zhǎng)方形，分別計(jì)算噴霧車輛上安裝的n個(gè)噴頭對(duì)應(yīng)噴霧區(qū)域的面積即變尺度格網(wǎng)面積S(j)，j表示噴頭編號(hào)，具體包括以下步驟：

步驟41、根據(jù)移動(dòng)激光掃描傳感器到第i個(gè)掃描點(diǎn)的距離r_i與激光掃描傳感器分辨率的弧度值Δα計(jì)算變尺度格網(wǎng)的寬d_s，

d_s(i)＝r_i·Δα；

步驟42、采用下述公式計(jì)算變尺度格網(wǎng)的長(zhǎng)度d_m，

d_m(i)＝v_i·Δt·M

其中：Δt為移動(dòng)激光傳感器的掃描周期；v_i表示在第i個(gè)掃描點(diǎn)的噴霧車速度；M表示移動(dòng)激光傳感器的掃描幀數(shù)；

步驟43、計(jì)算各個(gè)噴頭對(duì)應(yīng)噴霧區(qū)域的變尺度格網(wǎng)面積S(j)，

其中，j表示噴頭編號(hào)，Z(j)是第j個(gè)噴頭的高度范圍，表示第i和第i+1個(gè)掃描點(diǎn)在z方向的均值落在第j個(gè)噴頭高度范圍內(nèi)的所有點(diǎn)的集合；

步驟5具體為：采用線性模型擬合樹冠總體葉面積TGA，a、b分別表示一次項(xiàng)系數(shù)：

TGA＝aS(j)+b。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動(dòng)激光掃描的靶標(biāo)葉面積在線 測(cè)量方法，其特征是步驟1具體為：采用移動(dòng)激光掃描傳感器獲取樹木的激光數(shù)據(jù)其中，N為當(dāng)前掃描采集的掃描點(diǎn)數(shù)，i表示掃描點(diǎn)的編號(hào)，r_i、α_i分別為激光掃描傳感器到第i個(gè)掃描點(diǎn)的測(cè)量距離和掃描角度；然后，將各掃描點(diǎn)的數(shù)據(jù)由極坐標(biāo)系變換到直角坐標(biāo)系yz下，變換公式為：

y_i＝-r_icosα_i

z_i＝-r_isinα_i

其中，x軸為車輛行駛方向，y軸為噴霧方向，z軸垂直地面向上，y_i、z_i為第i個(gè)掃描點(diǎn)在直角坐標(biāo)系上y、z軸的坐標(biāo)，y_i表示車載二維激光掃描傳感器到第i個(gè)掃描點(diǎn)在深度方向的垂直距離，z_i表示車載二維激光掃描傳感器到第i個(gè)掃描點(diǎn)在高度方向的垂直距離。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動(dòng)激光掃描的靶標(biāo)葉面積在線 測(cè)量方法，其特征是步驟2中：感興趣區(qū)域即預(yù)先設(shè)置的激光數(shù)據(jù)在y、z方向上的范圍；該感興趣區(qū)域的y、z軸的坐標(biāo)范圍是Y_min≤y≤Y_max，Z_min≤z≤Z_max，其中，Y_min是噴霧場(chǎng)景中樹冠外緣到車載二維激光掃描傳感器的最小深度距離，范圍是：0.5m～2m，Y_max是樹干到傳感器的最大深度距離，范圍是1.5m～3m，Z_min是靶標(biāo)底部到傳感器的垂直距離，為負(fù)值，范圍是-1.5m～-0.5m，Z_max是最高靶標(biāo)到傳感器的垂直距離，范圍是0.5m～3.0m。