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基于无人机三维点云的玉米植株自动计数研究

浙江农业学报 2022年第9期34卷 2032-2042页

作者：姜友谊张成健韩少宇杨小冬杨贵军杨浩西安科技大学测绘科学与技术学院陕西西安710054 北京农业信息技术研究中心农业农村部农业遥感机理与定量遥感重点实验室北京100097 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

植株计数是农民、育种专家等在整个作物生长季评估作物生长状况和管理实践的最常用方法之一,可用来进行合理的田间规划以及管理。针对高密度种植试验区高通量获取玉米自动株数方法匮乏的问题,本研究利用无人机遥感平台,获取田间314个不... 详细信息

植株计数是农民、育种专家等在整个作物生长季评估作物生长状况和管理实践的最常用方法之一,可用来进行合理的田间规划以及管理。针对高密度种植试验区高通量获取玉米自动株数方法匮乏的问题,本研究利用无人机遥感平台,获取田间314个不同基因型的玉米高密度育种小区的数码影像和激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)点云数据,发展了一种结合玉米三维空间信息的固定窗口局部最大值算法,实现了高密度玉米育种小区成株数的自动检测,并对比了基于此两种不同数据源的检测精度。该方法以冠层高度模型(canopy height model,CHM)中包含的株高信息为基础,以玉米种植株距为固定窗口进行单株玉米种子点检测,并将检测到的种子点与目视解译的玉米位置进行空间匹配来进行精度的评估。结果表明,基于无人机数码影像构建3种空间分辨率CHM的综合检测精度分别为81.30%、83.11%和78.93%;基于无人机LiDAR的综合精度分别为82.33%、88.66%和81.46%;基于两种数据源构建的CHM,均在空间分辨率为0.05 m时,获得最佳的检测精度。此外,当空间分辨率相同时,LiDAR数据检测精度略优于无人机数码影像,无人机数码传感器由于其成本低、易于操作等优势,在大面积、高密度育种小区的玉米高通量单株检测中表现出更大的潜力。本研究实现了对密植玉米育种试验区玉米株数的自动计数,为表型筛选、田间管理和精准估产等提供依据。

关键词：自动计数无人机高通量局部最大值冠层高度模型大田育种

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基于无人机倾斜影像的阔叶林单木参数提取

林业资源管理 2022年第1期 132-141页

作者：陈周娟程光卜元坤黄维陈佳卉李卫忠西北农林科技大学林学院陕西省林业科学院

基于倾斜影像提取单木参数是当前无人机在林业研究中的热点，以银杏(Ginkgo biloba L.)阔叶林分为研究对象，利用无人机倾斜摄影数据，采用局部最大值法进行了3种探测窗口的单木顶点识别和单木树高提取，并分别进行了精度验证；比较了... 详细信息

基于倾斜影像提取单木参数是当前无人机在林业研究中的热点，以银杏(Ginkgo biloba L.)阔叶林分为研究对象，利用无人机倾斜摄影数据，采用局部最大值法进行了3种探测窗口的单木顶点识别和单木树高提取，并分别进行了精度验证；比较了种子区域增长算法和标记控制分水岭算法提取冠幅的精确度。结果表明：1)在3m×3m, 5m×5m, 7m×7m探测窗口下，银杏树顶点识别的F得分分别为0.87,0.88,0.83,5m×5m窗口识别效果最好，其树高预测拟合方程中R~2达到了0.99,RMSE为1.91m; 2)在预测冠幅相对误差为30%的情况下，种子区域增长算法和标记控制分水岭算法提取树冠面积的正确率分别为73.14%和63.43%,对于建立预测与实测冠幅的线性回归关系中，两种算法的R~2分别为0.98和0.97,RMSE分别为1.79m~2和2.44m~2,总体上种子区域增长算法的树冠分割精度较标记控制分水岭算法高。研究指出了无人机倾斜摄影技术在对银杏阔叶林进行自动化、精准化单木识别与分割上具有可行性，在森林资源调查中具有一定的应用潜力。

关键词：倾斜摄影树高树冠局部最大值区域增长算法分水岭算法

来源：博看期刊

无人机可见光遥感木麻黄人工林株数提取方法比较研究

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西南林业大学学报（自然科学） 2023年第3期43卷 127-135页

作者：赵各进孙梦莲宋贤芬郝振帮李明慧武红梅刘健余坤勇福建农林大学林学院福建福州350002 3S技术与资源优化利用福建省高校重点实验室福建福州350002

以福建平潭岛木麻黄人工林为研究对象,对比研究基于无人机可见光遥感数据的株数提取方法,探讨多种方法在不同林龄木麻黄人工林株数提取的适用性。通过轻型旋翼无人机获取研究区可见光相片,经预处理生成无人机可见光正射影像(DOM)和冠层... 详细信息

以福建平潭岛木麻黄人工林为研究对象,对比研究基于无人机可见光遥感数据的株数提取方法,探讨多种方法在不同林龄木麻黄人工林株数提取的适用性。通过轻型旋翼无人机获取研究区可见光相片,经预处理生成无人机可见光正射影像(DOM)和冠层高度模型(CHM);分别选取成熟林、幼龄林6块标准地区域,使用基于冠层高度模型的局部最大值方法(LMC)、基于正射影像的局部最大值方法(LMD)、基于正射影像的多尺度分割方法(MST)提取标准地株数;最后通过3种方法提取的株数和实测数据进行对比分析。结果表明:3种方法中LMC总体提取精度最高,Fscore为0.97,而LMD和MST总体提取精度明显降低,Fscore分别为0.90、0.78;LMC方法对幼龄林和成熟林的株数提取精度相近,幼龄林和成熟林的Fscore皆为0.97。LMD方法在成熟林的株树提取精度略高于幼龄林,尤其2种林龄类型的P值相差较大,幼龄林RE:0.97、P:0.81、Fscore:0.88;成熟林RE:0.94、P:0.89、Fscore:0.91。MST方法在成熟林的株树提取精度明显高于幼龄林,幼龄林RE:0.88、P:0.67、Fscore:0.76;成熟林RE:0.88、P:0.74、Fscore:0.81。因此,3种方法中,LMC总体株数提取精度最高,且适用于不同林龄的木麻黄人工林株数提取,可以满足实时、快速提取木麻黄人工林株数的需求。

关键词：无人机可见光遥感局部最大值多尺度分割株数

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基于变转速工况下的旋转机械故障诊断研究

基于变转速工况下的旋转机械故障诊断研究

作者：王钶文青岛理工大学

学位级别：硕士

滚动轴承和行星齿轮箱作为旋转机械中最关键的两个部件,它们的健康状况直接影响到机器的整体性能和可靠性。及时对部件初始故障进行有效诊断并进行干预,能够有效的防治安全事故的发生。由于机械的振动信号中包含大量的状态信息,因此基... 详细信息

滚动轴承和行星齿轮箱作为旋转机械中最关键的两个部件,它们的健康状况直接影响到机器的整体性能和可靠性。及时对部件初始故障进行有效诊断并进行干预,能够有效的防治安全事故的发生。由于机械的振动信号中包含大量的状态信息,因此基于振动信号的状态监测诊断技术通常被用于监测机器运行期间的健康状况变化。实际工业应用中获得的监控信号通常由于机械运行期间负载或转速的变化或机械缺陷产生的脉冲而表现出非平稳特性,时频分析(Time-frequency analysis,TFA)技术由于能够同时从时间和频率两个维度进行分析因此作为分析非平稳信号的有效工具在近些年中被广泛使用。本文对现有时频分析技术的局限性进行分析并针对旋转机械的具体故障信号特征类型在已有时频分析方法的基础上进行了进一步改进。(1)针对二阶多重同步压缩变换(second-order multi-synchrosqueezing transform,SMSST)对噪声敏感的问题,本文通过构造一个时频分配算子(time-frequency operator,TFO)对SMSST时频平面上的每个时频点进行对比筛选。最终保留与故障特征最相关的能量,去除产生干扰的能量。通过一组多分量仿真信号及两组旋转机械故障信号(变转速滚动轴承及行星齿轮箱故障信号)对本文提出的改进二阶多重同步压缩变换(improved second-order multi-synchrosqueezing transform,ISMSST)进行验证,结果表明本文提出的方法准确提取出故障特征的同时有效的降低了噪声对算法的干扰。(2)针对SST在处理强时变信号或低信噪比信号时存在的局限性,本文提出了一种参数化局部最大值迭代SST算法,利用参数化chirplet变换捕获强时变信号中快速变化的瞬时频率(instantaneous frequency,IF),并结合迭代SST和局部最大值算子生成能量集中的时频结果,用于旋转机器故障诊断。利用两组模拟的非平稳信号和两组在变转速条件下获得的旋转机械缺陷数据检验所提技术的有效性。结果表明,在转速变化较快或噪声污染较大的情况下,所提方法均能得到能量高度集中的时频结果。(3)针对现有时频分析技术对脉冲信号分析能力不足问题,本文通过小波阈值去噪方法对原始信号进行初步处理以突出其故障特征,随后提出了时域重构局部最大值同步压缩压缩变换(time-reassigned local maximum synchrosqueezing transform,TLMSST)通过对STFT提取时间轴方向上的局部最大值,并通过瞬态时频特征提取算子(time-frequency masking,TFM)提取TLMSST结果中与故障最相关的特征。通过分析一组模拟脉冲信号和两组具有明显冲击特征的旋转机械故障数据验证所提方法的有效性。结果表明,该方法能够显著突出信号里的冲击特征,实现准确的故障诊断。

关键词：同步压缩变换局部最大值时频分析旋转机械故障诊断非平稳信号滚动轴承行星齿轮箱

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半导体激光器光谱局部最大峰值检索算法

光学学报 2016年第6期36卷 179-185页

作者：侯喜报刘加庆张志辉韩顺利中国电子科技集团公司第四十一研究所电子测试技术重点实验室山东青岛266555

通过分析实测法布里-珀罗型半导体激光器(FP-LD)和分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)光谱数据特征,提出了一种基于局部最大矩阵的自适应算法,用于检索半导体激光器光谱峰值。建立数据序列的局部最大矩阵,利用矩阵行向量特征修正该矩阵,根... 详细信息

通过分析实测法布里-珀罗型半导体激光器(FP-LD)和分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)光谱数据特征,提出了一种基于局部最大矩阵的自适应算法,用于检索半导体激光器光谱峰值。建立数据序列的局部最大矩阵,利用矩阵行向量特征修正该矩阵,根据修正后矩阵的列向量特征定位峰值,并进一步修正和补偿峰值位置。该算法具有较强的抗噪能力,整个检索过程无需人为干预,自适应性和稳健性强,满足实时计算的要求。实测数据计算结果表明,该算法与直接比较法、优化的导数法和遗传算法相比,在检验准确率和计算时间方面优势明显,平均检验准确率可达98%,平均计算时间仅为0.12s,可应用于半导体激光器实测光谱特性实时分析。

关键词：激光器峰值检索局部最大值半导体激光器

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无人机影像匹配点云单木识别算法

遥感信息 2019年第1期34卷 93-101页

作者：刘见礼张志玉倪文俭汪垚张大凤中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

针对单木识别研究中"局部最大值"算法因窗口大小设置不同而产生的单木漏识别与错识别问题,提出了联合"局部最大值"与"单木树冠结构分析"的单木识别算法。算法首先利用"局部最大值"获得候选单木;然后对候选单木树冠结构进行分析,提取树... 详细信息

针对单木识别研究中"局部最大值"算法因窗口大小设置不同而产生的单木漏识别与错识别问题,提出了联合"局部最大值"与"单木树冠结构分析"的单木识别算法。算法首先利用"局部最大值"获得候选单木;然后对候选单木树冠结构进行分析,提取树冠结构曲线;最后通过对树冠结构曲线判别,剔除、合并错识别与过识别单木,从而提高单木识别的精度。选取大兴安岭林区8个典型样地进行实验,以实测可见单木为参考,与窗口大小为1.0m、2.0m的两种"局部最大值"算法进行比较。结果表明,该算法8个样地整体F测度为90.45%,相比1.0m、2.0m窗口的"局部最大值"法F测度74.82%、77.35%,分别提高了15.63%、13.10%。

关键词：无人机影像匹配点云树冠结构单木识别局部最大值

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无人机高分辨率影像的森林株数密度制图

测绘通报 2021年第7期 29-33页

作者：郭伟杨春宇吴子若季翔林杨春洁赵传武张玉环中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 北京市地质工程设计研究院北京101500 生态环境部卫星环境应用中心北京100094

本文以大兴安岭无人机遥感数据为基础进行森林密度制图,并提出了一种局部阈值算法,通过与传统的Otsu方法去除背景噪声相比,得出了该方法在中等或较低森林株数密度地区能很好地去除噪声背景。结合局部最大值法取得很好的单木提取精度,其... 详细信息

本文以大兴安岭无人机遥感数据为基础进行森林密度制图,并提出了一种局部阈值算法,通过与传统的Otsu方法去除背景噪声相比,得出了该方法在中等或较低森林株数密度地区能很好地去除噪声背景。结合局部最大值法取得很好的单木提取精度,其查全率达到了100%。传统的Otsu去除背景方法在较高森林株数密度地区具有较好的识别效果,但对非林分的空地信息存在错提取的现象。通过对以上两种方法的对比研究,得到大兴安岭森林株数密度制图结果,该研究可为稀疏森林区域的株数密度制图提供参考。

关键词：无人机遥感森林株数密度高斯滤波阈值分割局部最大值

高空间分辨率遥感的单木树冠自动提取方法与应用

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浙江林学院学报 2010年第1期27卷 126-133页

作者：刘晓双黄建文鞠洪波中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091

用高空间分辨率遥感影像对单木树冠进行自动提取和轮廓描绘,是获取森林信息的一种快速有效的方法,也是近年来林业遥感领域研究的热点。详细介绍了目前高分辨率遥感单木树冠信息自动提取的各种方法,包括局部最大值法、模板匹配法、谷地... 详细信息

用高空间分辨率遥感影像对单木树冠进行自动提取和轮廓描绘,是获取森林信息的一种快速有效的方法,也是近年来林业遥感领域研究的热点。详细介绍了目前高分辨率遥感单木树冠信息自动提取的各种方法,包括局部最大值法、模板匹配法、谷地跟踪法、多尺度法、种子区域生长法、分水岭分割法、局部射线法,并对单木树冠提取在林业上的应用进行了探讨,最后结合国内外研究现状,对单木树冠自动提取的未来作了展望。

关键词：森林经理学高空间分辨率树冠提取谷地跟踪法局部最大值多尺度模板匹配综述

一种机载LIDAR数据估算森林蓄积参数的方法

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林业资源管理 2020年第3期 105-110页

作者：许粲江腾达安徽广播电视大学六安分校北科天绘科技有限公司

针对林业调查中的单株树木提取问题,提出一种基于机载激光雷达点云数据,采用局部最大值和噪点消除获取树冠顶点,利用分水岭分割方法提取单株树,根据样地树高和森林蓄积模型估算胸径和森林蓄积量的方法,与传统的人工现场勘测方法相比,具... 详细信息

针对林业调查中的单株树木提取问题,提出一种基于机载激光雷达点云数据,采用局部最大值和噪点消除获取树冠顶点,利用分水岭分割方法提取单株树,根据样地树高和森林蓄积模型估算胸径和森林蓄积量的方法,与传统的人工现场勘测方法相比,具有更高的时间效率,减少了大量的人力成本。

关键词：机载LIDAR 局部最大值噪点消除分水岭分割单株树提取