[发明专利]植物生长建模方法和系统

权利要求书

1.一种植物生长建模方法，其特征在于，包括下述步骤：

采集植物点云数据；

计算所述植物形状特征，所述形状特征包括几何结构特征、拓扑结构特征、统计特征；

根据所述植物形状特征提取植物基元并设计所述植物生长规则；及

拟合植物个体模型得到所述植物生长参数，所述生长参数包括节间长度、生长速度和生长时间；

根据所述植物形状特征提取植物基元并设计所述植物生长规则，包括下述步骤：

通过植物形状特征聚类找到相似的几何与拓扑结构单元，并定义为基元；

从最大的基元集合开始分析各基元两两之间的变换矩阵，并将所述变换矩阵投影到对应的参数空间进行聚类；

提取所述最大的基元集合的变换构造生长规则；

重复上述步骤，直到分析完所有的基元集合，得到该类植物的生长规则；

其中，最大的基元集合开始分析各基元两两之间的变换矩阵，具体为：计算两基元之间的平移t、旋转R及缩放系数s，构建齐次坐标系下的变换矩阵H＝[sR,t；0,1]；

其中，拟合植物个体模型得到所述植物生长参数包括下述步骤：

基于所述植物生长规则改变所述生长参数生成不同形状的植物个体；

计算生成的植物个体和待拟合的植物个体P之间的相似度；

通过优化算法使生成的植物与P的相似度最大，得到所述植物个体P的生长参数；

计算生成的植物个体和待拟合的植物个体P之间的相似度，具体为通过两植物个体之间的几何距离与拓扑距离之和来度量，并与距离成反比，距离越小相似度越大，距离越大相似度越小。

2.根据权利要求1所述的植物生长建模方法，其特征在于，其中，采集植物点云数据，具体为采用车载移动数据采集平台，采集植物点云数据，所述数据采集平台为StreetMapper系统或Lynx系统。

3.根据权利要求1所述的植物生长建模方法，其特征在于，计算所述几何结构特征的方法为：首先从所述植物点云数据中提取植物骨架并重建植物三维模型，基于所述植物三维模型计算枝干间的夹角、节间距，从植物图片中判断植物的叶序和器官个数。

4.根据权利要求1所述的植物生长建模方法，其特征在于，计算所述拓扑结构特征的方法为：根据植物骨架直接判断该植物属于23种基本结构的哪一种。

5.根据权利要求1所述的植物生长建模方法，其特征在于，计算所述统计特征的方法为：基于所述植物点云数据计算每一点的法向，并统计法向直方图。

6.根据权利要求1所述的植物生长建模方法，其特征在于，所述生长参数还包括：侧枝与主枝夹角的平均值和方差、一个生长周期内侧枝的个数、两节间侧枝旋转角度的平均值和方差，从所述点云数据得到或通过提取的植物骨架得到所述侧枝与主枝夹角的平均值和方差、一个生长周期内侧枝的个数、两节间侧枝旋转角度的平均值和方差。