[发明专利]一种基于二维激光传感器实时测算果树冠层体积的方法

说明书

本发明属于现代农业技术领域，公开了一种基于二维激光传感器实时测算果树冠层体积的方法；使用二维激光传感器获取树木的点云数据，将每两帧之间相邻的三个点按一定规律连接，生成不规则三角网，然后将表面的三角形投影到平行于激光传感器前进方向、经过树干中心线垂直于地面的截面上，获得以不规则三棱柱为基础的冠层分割模型，将所有三棱柱体积相加，近似为果树冠层体积。本发明相较于传统的长方体分割方法，测量精度更高，并且处理速度快，实时性好，可以实时为自动仿形喷雾(喷药、叶面肥喷施)的风量和喷雾量提供变量处方，也可用于果树产量估测和变量施肥。

技术领域

本发明属于现代农业技术领域，尤其涉及一种基于二维激光传感器实时测算果树冠层体积的方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：农药的高效利用对果园病虫害防控、优质高产、环境保护等方面具有重要的意义，但是由于我国农业机械化起步较晚，大部分农村地区依然使用手动式、踏板式喷雾机，这种作业方式对靶标区的果树施药效果较差，不仅无法达到预期的防治效果，而且造成大量的农药浪费，污染土壤和水体。因此，自动对靶喷雾技术的发展对提升我国果园植保施药技术与装备水平具有重要指导意义。

自动对靶技术已经较为完善，靶标探测主要用到超声波传感器、红外线传感器、CCD图像传感器、激光传感器四种方式。其中激光传感器识别精度高，扫描速度快，可以检测到靶标的体积、轮廓等信息特征，为喷雾机提供精确的变量处方，受到了国内外学者的广泛关注。

基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机通常使用长方体分割法来构建冠层模型，将果树冠层离散为多个小长方体，所有长方形体积相加，近似为果树冠层体积。如图2所示为单个长方体体积测算的原理图，x轴方向为激光传感器前进方向，y轴方向为朝向植株方向，z轴方向为垂直于地面方向，当激光扫描仪行进至点P时，扫描到点A，Y_a为D点在y轴上的坐标，表示传感器到果树外缘A点的水平距离值，D_p为传感器到果树中心线的水平距离值，果树外缘A点的冠层厚度w＝D_p-Y_a，纵向分割单元的高度h为上一个扫描点与A点z值之差，宽度为s＝v·t，v为喷雾机的前进速度，t为传感器的扫描周期，可得单个分割单元的体积V＝s·h·w，将所有分割单元的体积相加，近似为果树冠层的总体积。该分割方法误差较大，准确性较差。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的果树冠层体积测算方法存在误差较大，准确性较差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于二维激光传感器实时测算果树冠层体积的方法。

本发明是这样实现的，一种基于二维激光传感器实时测算果树冠层体积的方法，所述基于二维激光传感器实时测算果树冠层体积的方法使用二维激光传感器获取树木的点云数据；将每两帧之间相邻的三个点按一定规律连接，生成不规则三角网；将表面的三角形投影到平行于激光传感器前进方向、经过树干中心线垂直于地面的截面上，获得以不规则三棱柱为基础的冠层分割模型，将所有三棱柱体积相加，近似为果树冠层体积。

进一步，所述基于二维激光传感器实时测算果树冠层体积的方法具体包括：

步骤一、设置激光传感器的工作参数，包括扫描角分辨率，扫描频率，角度范围等，然后设置传感器到果树树干的水平距离D_p；

步骤二、开始扫描，接收并处理传感器返回的点云数据。

步骤三、判断扫描区域内是否存在靶标，若存在，执行步骤四；若不存在，执行步骤二；

步骤四、判断是否检测到树干，若是，计算扫描仪到树干的水平距离，保存为D_p，执行步骤五；若否，执行步骤六；

步骤五、使用获取到的点云数据建立三角网格模型；