基于毫米波雷达的果园单木冠层信息提取

• 作者: 杨洲 李洋 段洁利 徐兴 余家祥 申东英 袁浩天
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 农学
• 关键词: 雷达 机械化 冠层信息 点云处理 密度聚类 单木识别
• 年，卷（期）: 2021,（21）
• 所属期刊栏目: 农业信息与电气技术|Soil and Water Engineering
• 页码范围: 173-182
• 页数: 10页
• 分类号: S24
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2021.21.020

摘要

为解决当前果园探测技术难以在恶劣的果园环境中提取果树冠层信息的问题.该研究将毫米波雷达应用于果园冠层探测,搭建了基于毫米波雷达的果园冠层探测系统,利用该系统扫描得到了果园点云,检测和估算得到每棵果树的株高、冠幅和体积参数.针对毫米波雷达在不同距离下产生点云密度不同的问题,该研究提出了一种基于可变轴的椭球模型自适应密度聚类算法,用以提高果树点云识别效果,进而使用Alpha-shape算法和随机抽样一致算法(Random Sample Consensus)对果树进行了表面重建和结构参数的提取.通过与人工测量数据比较,该研究提出的聚类算法可以有效的识别和提取单木冠层点云,代表果树识别精度的F1分数为93.7％;检测到的果树的株高和冠幅的平均相对误差分别为8.7％和8.1％,决定系数分别为0.84和0.92,均方根误差分别为16.39和7.82 cm;使用Alpha-shape算法计算得到平均果树体积为5.6 m3,相比传统几何法测量体积,体积计算准确度提高了59.4％.该研究表明毫米波雷达可以用于果园冠层信息的准确提取,为采集果园冠层信息提供了技术,对农业信息采集和自动化作业技术的发展具有重要意义.