基于3D LiDAR感知的大田花生长势信息获取

摘要

为实现大田环境下快速准确获取作物株高、冠幅等长势信息，以花生为研究对象，采用3D LiDAR感知技术获取大田花生点云数据，经配准、去噪等处理，构建三维点云模型；基于KD-TREE的点云植株分割算法对大田花生植株点云数据进行单株分割，采用体素网格法估计植株体积、旋转卡壳法提取株高和最大冠幅，获取花生长势信息；在花生种植试验区域分别采集3个不同时期花生植株得到点云数据，采用3D LiDAR感知技术开展花生单株分割和提取株高与最大冠幅的验证试验，考察长势信息获取精度，采用召回率与精确率对结果进行精度评价。结果显示，大田花生单株分割的召回率与精确率均可达84%以上，表明该方法应用于大田花生点云数据分割具有较好的准确性与完整性；将提取的花生株高与最大冠幅等参数与人工测量值进行对比，3个时期植株高度的平均绝对百分比误差分别为6.271%、4.368%和4.986%，最大冠幅的平均绝对百分比误差分别为7.114%、5.606%和4.541%，株高均方根误差分别为0.010、0.015和0.027 m，最大冠幅均方根误差分别为0.011 、0.020和0.021 m；株高数据线性回归决定系数分别为0.888、0.951和0.842，最大冠幅数据线性回归决定系数分别为0.934、0.932和0.927，表明使用点云测量可实现花生表型参数高精度、非破坏性提取。

关键词

大田花生 / 3DLiDAR / 长势信息 / 点云分割