基于不规则三棱柱分割法实时测算果树冠层体积

【目的】果树冠层体积、结构的精准测量可以为药、肥的变量施用和果树估产等提供重要的参考依据。针对植株冠层枝叶空间分布不规则的特点,现有的果树冠层体积实时测量方法测量精度较差,难以准确量化柑橘果树冠层体积及结构,为了实现对果树冠层体积的精准测量,搭建了基于SICK LMS111-10100型激光传感器的果树冠层扫描检测平台,并提出了一种基于不规则三棱柱模块的果树冠层体积测算方法。【方法】研究以5株冠形规则的球形景观树、10株冠形不规则的柑橘树为靶标,分别在0.5、1.0和1.5 m·s^-13个行进速度下使用常用的长方体分割法、不规则三棱柱分割法等2种方法测算冠层体积,并以人工测量为基准进行误差分析。【结果】长方体分割法测量景观树误差范围分别为4.17%-6.59%、4.56%-7.42%和4.17%-9.86%;不规则三棱柱分割法测量景观树误差范围分别为2.37%-4.63%、3.18%-5.00%和4.10%-5.73%,2种方法测算果树冠层体积相对误差差值范围-0.28%-4.22%,平均差值1.78%。长方体分割法测量柑橘树误差范围分别为11.63%-31.02%、11.88%-33.23%和13.28%-33.30%;不规则三棱柱分割法测量柑橘树误差范围分别为3.25%-6.69%、4.50%-8.31%和5.66%-11.55%,2种方法测算果树冠层体积相对误差差值范围6.43%-26.20%,平均差值13.04%。【结论】不规则三棱柱分割法测算误差明显小于长方体分割法,精度更高;对于同一靶标,当速度为0.5 m·s-1时,2种方法的测量精度最高,随着速度的增加,激光采样点密度下降,相对误差有增大的趋势。当扫描规则靶标时,2种方法精度差异较小;当扫描不规则靶标时,长方体分割法误差较大。长方体分割法处理单帧数据的平均时间为2.86 ms,不规则三棱柱分割法处理单帧数据的平均时间为4.73 ms,均小于激光传感器的扫描周期20 ms,可以达到实时获取并处理数据的目的。