基于车载LiDAR与深度学习信息融合的行道树单木参数提取方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31901239
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 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:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Vehicle-borne LiDAR measurement technology can quickly acquire high-resolution and high-precision tree vertical structure data, which can improve the difficult and long-term traditional resource survey method of street tree and achieve a large-scale, comprehensive and rapid acquisition of tree parameter information at single-tree-scale. This project intends to use deep learning information fusion method to study the problem of single tree parameter extraction of street tree based on vehicle-borne LiDAR, so as to improve the accuracy of street tree parameter extraction. A human-computer interactive intelligent annotation method will be proposed, which can quickly label point cloud data set of street tree with various complex scenes. A deep learning instance segmentation method will be used to fuse point cloud information such as three-dimensional coordinates, the correction values of laser reflectance intensity and the echo numbers, to mine the semantic features of street tree in multiply levels from the data set, and to establish an end-to-end point cloud segmentation model to solve the segmentation problem due to point cloud adhesion and similar-shaped objects. Multi-angle LiDAR scanning will be used to obtain the real crown volume and the data set of individual tree parameters will be established. The deep neural network will be used to mine the non-linear regression relationship between crown volume and the easily measured factors such as DBH, tree height, crown width, side-looking crown volume from the data set. The crown volume prediction model will be established, which predicts the crown volume by the easily measured factors and can solve the problem of point cloud deficiency.
车载LiDAR测量技术能够快速获取高分辨率、高精度的树木垂直结构数据,改善难度大、周期长的传统行道树资源调查作业模式,实现大范围、全面快速地获取单木尺度的行道树参数信息。本项目拟采用深度学习信息融合手段,研究车载LiDAR行道树单木参数提取方法,提高行道树单木参数提取精度。提出人机交互智能标注方法,构建包含多样复杂场景的行道树点云标注数据集。采用深度学习实例分割方法融合点云三维坐标、激光反射强度校正值、回波次数,从标注数据集中挖掘多层次行道树语义特征,建立端到端的行道树点云分割模型,解决由于点云粘连、相似形状地物导致的行道树点云错误分割。采用多角度LiDAR扫描获取树冠体积实测值,建立单木参数数据集。采用深度神经网络从数据集中挖掘树冠体积与胸径、树高、冠幅、侧视树冠体积等易测因子的多元回归关系,建立树冠体积预测模型,利用易测因子估计树冠体积,解决点云缺失时行道树参数难以准确测量的问题。

结项摘要

车载LiDAR测量技术能够快速获取高分辨率、高精度的树木垂直结构数据,改善难度大、周期长的传统行道树资源调查作业模式,实现大范围、全面快速地获取单木尺度的行道树参数信息。本项目主要工作为:.(1)激光强度校正。基于直线滑台2D LiDAR测量系统采集的点云数据,建立激光强度校正模型。在反射率为50%的标准漫反射板上采用分段多项式回归建立距离校正模型,采用线性回归建立入射角校正模型。实验采集一面白墙的强度数据,校正后强度变异系数≤0.0063,校正后与校正前变异系数比值≤0.280,有效消除了距离和入射角变化对激光强度的影响。.(2)行道树实例分割。基于车载2D LiDAR测量系统采集的点云数据,建立行道树实例分割模型。首先提取点云深度坐标、一次回波强度和回波次数,构建三通道街道图像;然后,对图像进行切片处理,采用图像实例分割算法YOLACT训练行道树图像实例分割模型;最后,将分割结果映射回点云并进行分割优化,实现行道树点云实例分割。最终建立的行道树实例分割模型准确率为0.9865,召回率为0.9407,F1分数为0.9576,帧平均处理时间为5.261ms。.(3)行道树参数提取。基于分割得到的行道树单木点云数据,计算行道树树高、冠幅和胸径,胸径拟合优度为0.9441,均方误差为2.6cm。建立车载2D LiDAR点云数据的格网索引,根据二次回波情况将测量点分为三个类型,分别计算格网面积,采用二次多项式拟合总格网面积与总叶面积的回归关系,拟合优度为0.9617,均方误差为1404.1652cm2,帧平均处理时间为1.0787ms,与基于总点云数的总叶面积估测方法相比,拟合优度提升了0.3858,克服了LiDAR移动速度和测量距离引起的点云密度变化对估测精度的影响。.项目成果能够提升行道树资源调查的智能化水平,为实现快速、高效、准确地行道树参数提取做出贡献。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
基于移动激光扫描的靶标叶面积计算方法
  • DOI:
    10.6041/j.issn.1000-1298.2020.05.021
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李秋洁;袁鹏成;邓贤;茹煜
  • 通讯作者:
    茹煜
基于Mask R-CNN的行道树实例分割方法
  • DOI:
    10.13360/j.issn.2096-1359.202010011
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    林业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陆清屿;李秋洁;童岳凯;王明霞;袁鹏成
  • 通讯作者:
    袁鹏成
Total leaf area estimation based on the total grid area measured using mobile laser scanning
基于使用移动激光扫描测量的总网格面积估算总叶面积
  • DOI:
    10.1016/j.compag.2022.107503
  • 发表时间:
    2022-12-07
  • 期刊:
    COMPUTERS AND ELECTRONICS IN AGRICULTURE
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Li, Qiujie;Xue, Yuxi
  • 通讯作者:
    Xue, Yuxi
Point Cloud Intensity Correction for 2D LiDAR Mobile Laser Scanning
2D LiDAR 移动激光扫描的点云强度校正
  • DOI:
    10.1155/2022/3707985
  • 发表时间:
    2022-01-20
  • 期刊:
    WIRELESS COMMUNICATIONS & MOBILE COMPUTING
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu, Xu;Li, Qiujie;Wei, Xuefeng
  • 通讯作者:
    Wei, Xuefeng
基于饱和度分割的叶面积图像测量方法
  • DOI:
    10.13360/j.issn.2096-1359.202009007
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    林业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李秋洁;杨远明;袁鹏成;薛玉玺
  • 通讯作者:
    薛玉玺

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其他文献

基于Boosting的不平衡数据分类算法研究
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机科学
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    --
  • 作者:
    李秋洁;茅耀斌;王执铨;LI Qiu-jie MAO Yao-bin WANG Zhi-quan(School of Aut
  • 通讯作者:
    LI Qiu-jie MAO Yao-bin WANG Zhi-quan(School of Aut
代价敏感学习中的损失函数设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    控制理论与应用
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  • 作者:
    李秋洁;赵亚琴;顾洲
  • 通讯作者:
    顾洲
基于多配置特征包的目标检测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    模式识别与人工智能
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李秋洁;茅耀斌;王执铨
  • 通讯作者:
    王执铨
橡胶炭疽病菌致病相关突变体的筛选及表型分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    热带作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    贺春萍;易克贤;习金根;吴伟怀;梁艳琼;郑金龙;李秋洁;郑肖兰;郑服丛
  • 通讯作者:
    郑服丛
胶孢炭疽菌致病性减弱突变菌株H800T-DNA 插入位点侧翼基因的克隆
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    热带作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李秋洁;吴伟怀;贺春萍;郑金龙;习金根;梁艳琼;许沛冬;郑肖兰;易克贤
  • 通讯作者:
    易克贤

其他文献

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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

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          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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