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基于地基激光雷达的玉米真实叶面积提取方法研究 总被引：3，自引：0，他引：3
叶面积指数(LAI)是定量描述植物叶片生长状态的重要参数,相较于受叶片聚集情况影响较大的有效LAI,真实LAI更能准确反映作物真实的生长状态。地基激光雷达(TLS)可以快速获取高精度植物的高度、密度、叶倾角、叶面积等作物结构信息,但在叶面积信息获取上主要得到的是有效LAI。借鉴体素化的思想,提出了基于体素内叶片及其投影数学关系的真实叶面积获取方法。该方法充分利用TLS在获取垂直结构信息上的优势,将表征玉米真实生长状态的点云数据作为数据源,利用体素将玉米叶片回波点云分割成一系列叶片单元,基于体素内叶片及其投影数学关系求取叶片单元面积,进而实现玉米真实叶面积的获取。通过利用不同激光雷达扫描仪分别于北京和河北两地获取的不同品种、不同尺度的4个样本点的玉米TLS点云数据进行验证:样本点1、2、3的试验数据为单木尺度,采用不同体素大小计算叶面积。结果表明,该方法计算所得叶面积与实测叶面积具有较高的相关性,决定系数均在0.8以上,方法可信度较高;最优体素大小分别为0.17、0.15、0.15 cm,在相应最优体素大小下,RMSE分别为61.898、44.058、42.844 cm2,植株总叶面积之间的相对误差分别为-2.678%、0.619%、-0.474%,误差较小,精度较高。样本点4的玉米点云数据属于群体尺度,叶面积计算结果与实测叶面积之间的绝对误差为-14.663%,计算结果偏小。由此可知,基于体素内叶片及其投影数学关系的真实叶面积获取方法切实可行,且精度较高。 相似文献
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基于地基激光雷达的叶倾角分布升尺度方法研究 总被引：1，自引：0，他引：1
地基激光雷达因其具有穿透力强,能够提取植被冠层三维结构信息的优势,是提取植被叶倾角分布(Leaf angle distribution,LAD)的理想数据源,因此将地基激光雷达数据与遥感影像结合获取大尺度叶倾角分布结果颇具潜力。以河北省保定市北部4个县为研究区,利用10个玉米样地的地基激光雷达数据提取叶倾角分布结果,使用主成分正变换提取玉米实测叶倾角分布数据中信息量最大的前3个主成分,再利用神经网络模型对所提取的主成分与Landsat8反射率数据结合建立关系模型,然后将训练好的模型应用于整个研究区进行升尺度转换,最后通过主成分逆变换,得到升尺度后平均叶倾角(Mean tilt angle,MTA)结果。对升尺度后LAD与实测LAD及升尺度后MTA与实测MTA进行交叉验证,结果表明,升尺度MTA与实测MTA的验证精度(R2)为0.786 2,均方根误差(RMSE)为3.04°。该结果表明,使用提取主成分方法建立光谱数据与叶倾角分布的关系模型从而达到升尺度转换的目的具有可行性,模拟精度较高,且误差较小。 相似文献
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基于车载三维激光雷达的玉米叶面积指数测量 总被引：2，自引：0，他引：2
为使用车载三维激光雷达快速获取作物的株高、叶面积指数(LAI)等作物形态参数,以玉米为研究对象,采用车载三维激光雷达点云数据,提出了一种基于玉米分层点云数量或分层点云数量与地面点云数量比值计算LAI的方法。使用车载平台获取京农科728和农大84玉米的三维点云数据;对点云数据进行预处理,获得已测量LAI真值区域的点云数据;进行玉米植株点云与地面点云分割,根据地面起伏程度,基于随机一致性平面分割算法,将距离阈值设置为0. 06 m;依据玉米垂直结构分布,将玉米植株划分为上、中、下3层,计算每层点云数量并分别标记为H、M和L,同时,将上、中、下每层的点云数量与地面点云数量的比值标记为Hr、Mr和Lr,分别建立H、M、L和Hr、Mr、Lr与LAI真值的线性回归模型。试验结果表明:采用Hr、Mr变量建立的LAI二元线性回归测量模型最优,京农科728玉米训练集R~2为0. 931,验证集R~2为0. 949;农大84玉米训练集R~2为0. 979,验证集R~2为0. 984,本文方法可为田间快速测量LAI提供解决方案。 相似文献
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针对玉米叶片反射太阳光时因镜面反射导致获得的无人机影像反射率中存在与冠层结构无关的镜面反射部分,从而影响玉米冠层LAI的反演精度问题,本研究利用小波变换对无人机影像不同波段的阈值设置,在不影响漫反射的前提下削弱镜面反射成分,尽量只保留与冠层结构有关的反射率成分。以2018年7月15日和7月26日获取的河北农业大学辛集试验站多光谱无人机影像为数据源,构建了NDVI、GNDVI、SAVI和EVI 4个植被指数,并分别与ln(LAI)构建玉米冠层的单变量反演模型,利用决定系数和均方根误差进行LAI反演精度评价。精度评价结果表明,在7月15日玉米植株较稀疏时,去除镜面反射后,4个植被指数反演LAI与实测LAI的决定系数分别从0. 719 0、0. 559 8、0. 624 1、0. 598 5上升至0. 763 3、0. 694 0、0. 649 7、0. 619 4,均方根误差分别从0. 224 4、0. 252 6、0. 221 4、0. 224 5下降到0. 188 0、0. 195 8、0. 191 8、0. 198 7,说明去除镜面反射可以提高LAI的反演精度。在7月26日玉米植株相对茂密时,去除镜面反射后,4个指数构建模型对应的决定系数也同样提高,但在这种情况下,NDVI和GNDVI容易发生饱和,用阈值法降低反射率反而会加剧饱和现象,使这2个指数不能充分反映LAI的变化。SAVI和EVI因为加入了冠层背景调整因子,植被指数的变化得到放大,二者在去除镜面反射后与ln(LAI)拟合模型的决定系数都达到0. 6以上,因此,在植被覆盖较茂密时,SAVI指数和EVI指数更适合用于LAI反演。 相似文献
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基于机载LiDAR数据的农作物叶面积指数估算方法研究 总被引：4，自引：0，他引：4
叶面积指数(LAI)是农作物长势监测及估产的重要参数,激光雷达能够提供精确的农作物冠层结构信息,可弥补光学遥感在提取冠层结构信息方面的不足。因此,本文旨在挖掘激光雷达所能提取的农作物垂直结构信息,并研究冠层结构参数与农作物叶面积指数之间的关系,从而估算整个研究区的叶面积指数。首先,基于机载激光雷达数据提取平均高度(Hmean)、最大高度(H_(max))、最小高度(H_(min))、高度百分位数(H_(25th)、H_(50th)、H_(75th)、H_(90th))、激光穿透力指数(LPI)、回波点云密度、孔隙率(fgap)、叶倾角(MTA)等结构参数;然后,利用Pearson相关性分析法对以上参数与地面实测LAI进行相关性分析,并选择与LAI相关性高的参数;最后,对选择的敏感性参数进行回归分析,构建激光雷达参数与实测LAI的LiDAR-LAI估算模型,估算整个研究区的农作物冠层LAI。精度评价结果表明:预测LAI与实测LAI之间的相关系数为0.79,均方根误差为0.47,说明激光雷达所提取的农作物冠层结构参数可用于估算空间上连续、大面积的农作物LAI。 相似文献
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针对物理模型抗噪能力差且容易过拟合的问题,提出一种PROSAIL模型结合VMG（VARI（Visible atmospherically resistant index）、MGRVI （Modified green red vegetation index）、GRRI （Green red ratio index））多元回归模型反演冬小麦叶面积指数（Leaf area index,LAI）方法。实验基于无人机影像（Unmanned aerial vehicles,UAV）,选择河南省焦作市东南部的山阳区为实验区,结合实测2个生育期冬小麦LAI数据。首先,构建RGB植被指数模型,选取其中最优VMG模型反演冬小麦LAI;然后,对PROSAIL参数敏感性进行分析,得到参数最优值,反演冬小麦LAI;最后,采用快速模拟退火（Very fast simulated annealing,VFSA）算法将两种模型结合,获得最优冬小麦LAI。结果表明：VFSA可以有效将PROSAIL模型和VMG模型结合,提高了反演精度,且优于VMG模型和PROSAIL模型,决定系数R2高于0.8,均方根误差（RMSE）低于0.4m2/m2。综上所述,冬小麦生长过程中,地面覆盖度增高,本文方法具有较强的辐射传输机理,为LAI反演提供一种有效的反演方法。 相似文献
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针对物理模型抗噪能力差且容易过拟合的问题,提出一种PROSAIL模型结合VMG(VARI（Visible atmospherically resistant index）、MGRVI （Modified green red vegetation index）、GRRI （Green red ratio index）)多元回归模型反演冬小麦叶面积指数（Leaf area index, LAI）方法。实验基于无人机影像（Unmanned aerial vehicles, UAV）,选择河南省焦作市东南部的山阳区为实验区,结合实测2个生育期冬小麦LAI数据。首先,构建RGB植被指数模型,选取其中最优VMG模型反演冬小麦LAI;然后,对PROSAIL参数敏感性进行分析,得到参数最优值,反演冬小麦LAI;最后,采用快速模拟退火（Very fast simulated annealing, VFSA）算法将两种模型结合,获得最优冬小麦LAI。结果表明：VFSA可以有效将PROSAIL模型和VMG模型结合,提高了反演精度,且优于VMG模型和PROSAIL模型,决定系数R2高于0... 相似文献
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针对Sentinel-2卫星影像拥有3个对植被生长状况非常敏感、空间分辨率为20m的红边波段（705、740、783nm）,其空间分辨率与可见光和近红外波段10m的空间分辨率不一致,使Sentinel-2影像应用受到限制的问题,基于多光谱多分辨率估计的超分辨率（Super-resolution for multispectral multiresoltion estimation, SupReMe）算法将空间分辨率20m的6个波段重建为10m;以重建后的影像为数据源,耦合PROSAIL辐射传输模型和随机森林模型反演玉米冠层叶面积指数（LAI）,并以野外实测LAI验证其反演精度。结果表明,采用SupReMe算法对Sentinel-2影像进行重建后,在保持光谱特性不变的同时提高了影像的空间细节;基于重建影像和原始影像的LAI反演决定系数R2分别为0.70、0.68,均方根误差RSME分别为0.240、0.262。研究表明,利用SupReMe算法重建后的Sentinel-2卫星影像,能够在提高玉米冠层LAI反演空间分辨率的同时提高反演精度,在挖掘高分辨率农作物生长信息方面具有很大潜力。 相似文献
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为探究无人机多源遥感影像估算玉米叶面积指数(Leaf area index, LAI)垂直分布，在田间设置了密度和播期试验，在7个生育时期利用无人机采集了可见光、多光谱和热红外影像并同步获取玉米LAI垂直分布数据。同时，为合理制定无人机飞行任务，分析了不同飞行高度和不同太阳高度角下获取的无人机影像对估算玉米LAI的影响。基于无人机影像提取的与玉米LAI相关性较高的植被指数、纹理信息和冠层温度等特征，利用7种机器学习方法分别构建了玉米冠层不同高度LAI估算模型，从中选取鲁棒性强的2个模型用于分析在不同飞行高度和不同太阳高度角下估算LAI的差异。研究结果表明，MLPR和RFR模型对玉米LAI估算鲁棒性最强，全生育期下模型rRMSE为11.31%(MLPR)和11.42%(RFR)。玉米冠层LAI垂直分布估算误差，所有模型的平均rRMSE分别为9.1%(LAI-1)、14.19%(LAI-2)、18.62%(LAI-3)、23.29%(LAI-4)和26.7%(LAI-5)。对于玉米穗位叶及以下部位的LAI估算误差均在20%以下，得到了较好精度。同时，在不同飞行高度和太阳高度角试验中可以得出... 相似文献
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基于CFD-DEM的机采鲜叶管道集叶过程数值模拟研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为揭示乘坐式采茶机的集叶管道内部气流特性,利用计算流体力学（CFD）和离散单元法（DEM）对管道内气固两相流动进行数值模拟。通过多球面聚合法建立机采鲜叶数值计算模型,在分析鲜叶颗粒运动规律基础上,分别对其不同进口风速、鲜叶颗粒尺寸、弯管结构进行模拟分析。研究结果表明,数值模型可预测集叶管道的集叶效果以及最佳风速;在最佳进口风速范围内,鲜叶颗粒越大,管道内的剩余颗粒越多,容易产生沉积;鲜叶颗粒流在穿过竖直管道到弯管时形成一束弯管流曲线,且弯管结构对鲜叶颗粒运动有一定影响,流场平均速度呈先降低后升高的变化规律。选用一个弯管半径为0.04m圆角弯管作为集叶弯管结构,同时减少横向管道长度,选择内侧长度为0.03m竖直管,避免鲜叶颗粒由重力作用导致的沉积,保证集叶顺畅性。数学模型仿真与试验结果表明：减少横直管长度,采用圆角弯管与适合的竖直管长度的集叶管道,穿透率不小于86.8%,满足集叶要求。本文提出的鲜叶颗粒建模方法,用于集叶管道与鲜叶流相互作用的离散元仿真分析及管道结构优化。该研究可为集叶管道其他工作参数优化提供参考。 相似文献
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基于叶面积指数的夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为构建基于叶面积指数（LAI）的夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线，于2018、2019年在关中地区进行了不同水氮供应的田间试验，试验设置了3个水分水平：雨养（RF）、亏缺灌溉（DI）和充分灌溉（FI），4个氮肥水平：0、90、150、210kg/hm2，研究基于LAI的夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线对不同水分供应的响应，分析氮营养指数（NNI）与相对产量的定量关系。结果表明：夏玉米LAI与叶片氮浓度之间符合幂函数关系。基于LAI的叶片临界氮浓度稀释曲线在RF处理下年际差异显著（P<0.05），但在DI和FI处理下年际差异不显著（P>0.05）。在RF处理下基于LAI的叶片临界氮浓度稀释曲线的稀释速率显著高于DI和FI处理（P<0.05），但DI和FI处理间无显著差异（P>0.05）。将DI和FI处理的临界氮稀释曲线并置拟合，得到灌溉处理下基于LAI统一的叶片临界氮浓度稀释曲线（R2=0.90，P<0.01）。在试验施氮量区间，氮营养指数NNI随施氮量的增加而增加，变化范围为0.62~1.16。当NNI大于等于0.97时，夏玉米产量不再随NNI的增加而增加，此时RF处理的产量为最大产量的85%，DI和FI处理的产量均高于最大产量的99%。因此，该地区推荐的水肥一体化水氮用量为灌水75% ETc（ETc为夏玉米需水量）和施氮150kg/hm2。 相似文献
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植物叶脉可视化造型研究 总被引：1，自引：0，他引：1
提出了植物叶脉可视化建模方法,包括植物叶的形态几何建模及植物叶脉的形状建模.植物叶的形态几何模型采用矩形形状变形;同时对植物叶脉的形状建模提出了多种构建方法.利用非线性多项式生成羽状叶序,提出了基于种子生长的随机迭代方法生成网状脉及基于叶片生长方法生成掌状脉序.方法简单易行,可控性好,易于构造各种不同类型的叶脉.通过给出的树叶模拟结果,表明其仿真效果较好. 相似文献
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为定量化描述植物叶片萎蔫的动态过程,提出一种基于物理模型的描述方法。首先基于植物叶片的三维模型构造体素结构用以抽象植物的细胞结构,在此基础上利用质点弹簧模型表示细胞之间的受力关系,然后根据欧拉-拉格朗日方程描述细胞的运动过程,最后采用隐式纽马克积分法对方程求解进而得到细胞的三维位置变化。以萎蔫状态下叶尖在几何空间的变化轨迹作为参考属性进行数据验证,模拟的叶尖运动方向与实测值相差19°,实测的叶尖三维空间位置与模拟结果的距离差值在0.68 cm至3.0 cm之间,数据表明所提算法得到的叶尖变化轨迹与真实叶尖变化轨迹接近;其次,从视觉角度评价,也可逼真地模拟萎蔫状态下叶片三维形态的变化过程。 相似文献