[发明专利]一种基于激光雷达传感器的田间作物冠层稠密度检测方法

说明书

本发明公开了一种基于激光雷达传感器的田间作物冠层稠密度检测方法，选取冠层稠密度有明显差异的作物田地，搭建冠层稠密度检测装置，获取作物三维点云数据；将得到的原始三维点云数据进行分割去除、高度换算以及作物冠层区域划分；再采集叶面积数据并计算出各田块的叶面积指数LAI，由不同稠密程度的作物叶面积指数LAI与作物冠层区域点云数量，得到作物冠层区域点云数量与冠层稠密程度的数学模型。本发明不受光照影响、测量速度快，可以更高效地进行后续的施药作业。

技术领域

本发明属于田间信息检测领域，特别涉及一种基于激光雷达传感器的田间作物冠层稠密度检测方法。

背景技术

叶面积指数是一块土地上所有植物、作物的叶片总面积与土地总面积的比值，它与植被的密度、结构(单层或复层)、树木的生物学特性(分枝角、叶着生角、耐荫性等)和环境条件(光照、水分、土壤营养状况)有关，是表示植被利用光能状况和冠层结构的一个综合指标。叶面积指数是表示冠层稠密度的一个重要指标，冠层稠密度不仅直接反映了植物的生长状况，描述了植物冠层的生长程度，并能体现冠层内的上、中、下部冠层的叶片分布情况，对其进行精确检测可以助于实际的田间作业。

中国专利(CN104457626A)利用地面激光雷达测量系统生成的二维点云数据，结合计算机图形学技术，将每一帧的点云拼接成三维点云图像，从点云图像中获取叶面积指数计算的相关参数得到数学模型，反演得到叶面积指数；此方法需要将点云数据图像化处理，多帧的二维点云拼接过程以及后续点云处理过程较为复杂，得到的叶面积指数并不能反映田间冠层的稠密度，没有得到深入的冠层上、中、下部的叶片分布信息。中国专利(CN109006749A)在分行器上安装多维力传感器检测田间随机分行阻力信息，并通过对田间冠层稠密度信息的人工测定及两者之间的对比建模，建立了基于分行阻力的田间冠层稠密度检测模型；此方法只是通过检测冠层的分行阻力侧面反映冠层稠密程度，同样无法测得植物冠层内部上、中、下部的叶片分布情况，且检测系统体量过于庞大，不易实施。

为了简洁、高效的对田间作物生长中后期的冠层稠密度进行检测，本发明提供了一种基于激光雷达传感器的田间作物冠层稠密度检测方法，该方法也为后续的田间施药量控制以及风送参数的设定提供更准确的依据。

发明内容

本发明提供了一种基于激光雷达传感器的田间作物冠层稠密度检测方法，将作物冠层区域划分为上部冠层区域、中部冠层区域、下部冠层区域和接近地面区域，并建立不同稠密度的作物冠层区域点云数量与叶面积指数的数学模型，从而标定作物冠层稠密度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于激光雷达传感器的田间作物冠层稠密度测定方法，采集田间作物冠层的三维点云数据，对三维点云数据进行分割、高度换算以及作物冠层区域划分，建立不同稠密度的作物冠层区域点云数量与叶面积指数的数学模型，从而标定作物冠层稠密度。

进一步，所述三维点云数据的分割过程为：以激光雷达传感器的水平视场角平分面为基准面，根据采集点到该基准面的距离，对采集点进行分割。

进一步，所述三维点云数据的高度换算采用的公式为：H＝cos(45°-α)*cosω*R，其中H为采集点与激光雷达传感器之间的相对高度，α为点云采集的水平视场角，ω为点云采集的垂直视场角，R为采集点到激光发射原点的距离。

进一步，所述作物冠层区域划分具体为：上部冠层区域、中部冠层区域、下部冠层区域和接近地面区域。