基于激光点云和视觉计算的阔叶树林学参数反演研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31300472
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1608.森林信息学与森林经理学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

This topic take terrestrial laser scanner (TLS) as the means for physiological information measurement of broad-leaved trees, also combine with forest science and computer vision theory to calculate accurate forestry parameters of broad-leaved trees from point cloud data of laser scanner. Specific research plan include: Firstly, three-dimensional point cloud feature extraction and classification algorithms are designed for classification and identification of broad-leaved trees organs; Secondly, combing the computer graphics theory, algorithms are proposed for mapping discrete point cloud to the 3D surface of real trees, thus the real morphological models of broad-leaved trees are reconstructed in order to calculate tree parameters include stem form exponents, branches and knots positions; Thirdly, based on the botany and physics principle, realistic rendering methods of broad-leaved tree leaves under different ecological conditions and natural environment are realized, which aim to provide scientific evidence for leaf area index and canopy structure parameters estimate; Lastly, compared with the forestry index that acquired by leaf area measurement Instrument, hyper spectral radiometer and Airborne Lidar, validity of our method are verified and error correction are considered. In brief, this topic use the latest measurement technology to extend traditional tree index acquisition method, and combine multidisciplinary theory to seek biomass values from TLS point cloud data. After this subject study, the modes of broad-leaved trees measurement are broaden and the construction of Chinese forestry digitization process is developed.
本课题运用地面激光扫描仪作为阔叶树信息计测的手段,并结合林学与计算机视觉的理论方法从激光点云数据中挖掘精确的阔叶树林学指标。具体的研究思路为:首先,设计三维点云的特征提取与分类算法,实现阔叶树不同植物器官的识别与分类;其次,结合计算机图形学理论研究离散点云到三维曲面的映射算法,重构阔叶树真实的三维形态模型,进而获取阔叶树树干的干形指数、节瘤、分枝位置等参数;再次,基于植物学与物理学原理,实现阔叶树叶片在不同生态环境下的真实感绘制,旨在为叶面积指数和树木冠层结构参数的测量提供依据;最后,与叶面积测量仪、高光谱辐射仪、机载激光雷达等其它途径获取的阔叶树林学指标进行类比,验证结果的有效性并修正误差。本课题以最新的测量技术丰富了传统的阔叶树数据获取的方法,并借鉴不同学科的理论挖掘蕴含其中的生物量参数,进而为阔叶树林学指标的计测研究和我国"数字化林业"的建设进程拓宽了思路。

结项摘要

本课题运用激光扫描与视觉计算相关算法获取阔叶树林学相关生理参数,做出工作如下:1) 完成了面向点云的去噪与拟合算法,设计了基于点云的正交最小二乘、移动最小二乘与叶边界精确提取方法,消除扫描中叶子在风中抖动产生的噪声点。2) 运用球极投影方法把林木激光点云投影到平面上获取半球图像,并根据beer-lambert定律来计算有效叶面积指数,并与其他设备获取结果相互比较进行结果验证。3) 提出了结合点云的法矢量分布、结构张量、局部切平面等点云特征,用于林木点云的自动分类,进而识别林木中不同的器官,如枝、叶、果实等。4) 提出了一种基于Laplace收缩算法与势能场及距离度量框架下的面向点云的活立木枝干骨架算法,发展了一套完整的基于活立木点云数据的枝干建模算法。5) 提出了一种基于扫描距离与最小偏转角的自适应阈值的三角剖分算法,改算法棵自动实现点云向空间叶面的转换,进而获取植物的真实叶面积值。6) 运用机载激光雷达获取南方林段的激光点云数据,设计了空间分水岭算法与形状拟合的株株分离方法,同时初步实现了单株树体中的叶叶分离算法。本课题开展期间共发表学术论文36篇,软件著作权15余项,申请各类专利6项,为激光点云在林业中的测绘与计量奠定了坚实的理论基础。

项目成果

期刊论文数量(40)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
基于曲波和Markov模型的新型立体匹配算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
    系统仿真学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    云挺;肖亮;吴慧中
  • 通讯作者:
    吴慧中
A Novel Approach for Retrieving Tree Leaf Area from Ground-Based LiDAR
从地面激光雷达中检索树叶面积的新方法
  • DOI:
    10.3390/rs8110942
  • 发表时间:
    2016-11-01
  • 期刊:
    REMOTE SENSING
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Yun, Ting;An, Feng;Xue, Lianfeng
  • 通讯作者:
    Xue, Lianfeng
地质图中地质层的精确分割方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    计算机科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    云挺;徐昇;曹琳
  • 通讯作者:
    曹琳
基于激光点云数据的椭圆形植物叶片重建方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    西部林业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    嵇俊;云挺;薛联凤;张浩平
  • 通讯作者:
    张浩平
基于流形学习的阔叶树叶面积指数的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    森林工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    薛联凤;云挺;罗毅;姚志安
  • 通讯作者:
    姚志安

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其他文献

基于移动激光扫描的橡胶林风害相关参数精准反演
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    云挺;张艳侠;王佳敏;胡春华;陈邦乾;薛联凤;陈凡迪
  • 通讯作者:
    陈凡迪
基于流体运动仿真的不同林冠形状抗风强度分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    南京林业大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄笑;云挺;薛联凤;胡春华;陈帮乾
  • 通讯作者:
    陈帮乾
基于树木激光点云的有效特征抽取与识别方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    卢晓艺;云挺;薛联凤;徐强法;曹林
  • 通讯作者:
    曹林
基于Landsat和Sentinel-2时间序列影像的海南西部橡胶林龙卷风灾情评估
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    遥感学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈帮乾;云挺;安锋;寇卫利;李海亮;罗红霞;杨川;王琴飞;孙瑞;吴志祥
  • 通讯作者:
    吴志祥
基于流体仿真的椭球型树冠抗风性能研究
  • DOI:
    10.13360/j.issn.2096-1359.2019.03.019
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    林业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐风;黄笑;顾一凡;云挺;薛联凤
  • 通讯作者:
    薛联凤

其他文献

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AI项目思路

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云挺的其他基金

点云建模与空气动力学的橡胶林台风损伤机制与安全分析
  • 批准号:
    31770591
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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