基于三维点云数据的苹果树冠层几何参数获取

针对果园环境下苹果树冠层参数获取精度较低的问题,提出了基于地面三维激光扫描仪高精度获取苹果树冠层参数的方法。选用Trimble TX8地面三维激光扫描仪作为苹果树冠层三维点云数据采集设备,提出了基于标靶球的KD-trees-ICP算法,用于高精度配准苹果树冠层三维点云数据。研究了平均风速小于4.5 m/s时,距离地面三维激光扫描仪不同远近条件下的标靶球配准残差和拟合误差的变化规律,分析结果表明,标靶球平均配准残差为1.3 mm,平均拟合误差为0.95 mm,低于大场景测量配准误差要求（5 mm）。为了提高有风环境下提取苹果树冠层参数的精度,研究了0.9-4.5 m/s区间平均风速影响下的苹果树...

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Published in农业工程学报 Vol. 33; no. 3; pp. 175 - 181
Main Author 郭彩玲 宗泽 张雪 刘刚
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室,农业部农业信息获取技术重点实验室,中国农业大学,北京100083 2017
唐山学院机电工程系,唐山063000%现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室,农业部农业信息获取技术重点实验室,中国农业大学,北京100083
Subjects
三维点云数据
测量误差
激光扫描仪
精度
苹果树冠层
测量误差
lasers
measurement errors
精度
apple canopy
accuracy
point cloud
三维点云数据
激光扫描仪
苹果树冠层
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.024

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Summary:针对果园环境下苹果树冠层参数获取精度较低的问题,提出了基于地面三维激光扫描仪高精度获取苹果树冠层参数的方法。选用Trimble TX8地面三维激光扫描仪作为苹果树冠层三维点云数据采集设备,提出了基于标靶球的KD-trees-ICP算法,用于高精度配准苹果树冠层三维点云数据。研究了平均风速小于4.5 m/s时,距离地面三维激光扫描仪不同远近条件下的标靶球配准残差和拟合误差的变化规律,分析结果表明,标靶球平均配准残差为1.3 mm,平均拟合误差为0.95 mm,低于大场景测量配准误差要求（5 mm）。为了提高有风环境下提取苹果树冠层参数的精度,研究了0.9-4.5 m/s区间平均风速影响下的苹果树冠层枝干、果实、叶片的三维点云质量,建立了风速与叶片侧面厚度的曲线拟合模型,分析结果表明,在果园平均风速小于1.6 m/s时可以从苹果树冠层三维点云数据中提取高精度冠层参数。利用地面激光三维扫描仪获取距离苹果树12 000 mm以内冠层参数,测量精度高于人工测量,相对误差小于4%,为果树高通量信息获取提供了技术支持。
Bibliography:11-2047/S
Guo Calling, Zong Ze, Zhang Xue, Liu Gang （1. Key Lab of Modern Precision Agriculture System Integration Research, Ministry of Education of China, Key Lab of Agricultural Information Acquisition Technology, Ministry of Agricultural of China, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. Department of Electromechanical Engineering, Tangshan University, Tangshan 063000, China）
Accurate structural parameters and crown characterization of large isolated apple trees were vital for adjusting spraydoses, trimming, autonomous harvesting. According to previous research, canopy measurement methods to characteristic thewhole tree structure could be classified in two groups： Manual measurements and electronic procedures to estimate treedimensions. These methods were time consuming and required specialist knowledge, so a simpler crown characterizationmeasurement method was required. Terrestrial laser scanning （TLS） could provide accurate canopy information throughnon-destructive methods, which filled th
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.2017.03.024