移动式地面激光扫描仪与无人机摄影测量估算木本作物冠层参数:不同作物和训练系统的比较


发布时间:

2023-08-29

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

木本作物几何冠层参数的测量是精确农业中的一项重要任务,因为它们与作物状况和生产力相关。近年来,开发了几种技术方法来代替费时费力的人工测量。两种最常用的3D冠层表征技术是基于光探测和测距(LiDAR)传感器的移动地面激光扫描(MTLS)和使用来自无人飞行器(UAV)的图像的数字航空摄影测量(DAP)。尽管两者都非常先进,并且经过了充分的测试和验证,但是它们在不同木本作物和栽培系统中的几何冠层参数估计之间的完全比较还没有进行过。为此,使用UAV-DAP和MTLS-LiDAR测量了葡萄园、集约化桃园和梨园的一组几何参数(冠层高度、投影面积和体积)。在这两种测量之间进行比较,考虑作物树篱被划分的部分的长度,以提取几何参数。当综合考虑三种作物的数据时,无人机和MTLS的测量值高度相关(R²从0.82到0.94),当分析更长的行截面时,相关性更高。用MTLS激光雷达估算的冠层几何参数总是比用UAV-DAP估算的要高。这项工作的结果提供了有用的数据,为更明智的选择技术方法的三维作物特征的精密栽培和高通量表型。

 

据作者所知,其目前的工作是首次使用两种对比系统比较三种具有不同冠层结构的木本作物的几何特征:UAV-DAP,从空中向下的角度使用被动传感器,MTLS-激光雷达,从地面侧向的角度使用主动传感器。此外,通过将作物行分成不同长度的部分来分析表征分辨率的影响。这两种方法的比较证明,它们能对各种座舱盖几何参数产生一致的评估,尽管MTLS总是显示所有参数的较高值。除了具有低密度种植框架的传统果园之外,几乎任何木本作物果园都可以被所研究的作物所代表的冠层结构类型所同化,使得当前工作的结果可以转移到广泛的木本作物上。所评估方法的一些特殊性使得每个系统更适合于不同的精确农业任务,这取决于待分析的作物。此外,还需要进一步的工作来确定UAV-DAP和MTLS-LiDAR获得的数据对创建插值林冠图的影响。

图1  研究地块的景观:葡萄园(A)、梨园(B)和桃园(C)。

 

图2  UAV-DAP (a、b和c)和MTLS-LIDAR (d、e和f)系统中,点云的部分视图根据高于地面的高度着色,代表三种作物(葡萄园-a和d-,梨园-b和e-,桃园-c和f-)。每个作物中的点用蓝色表示较低的值,用红色表示较高的值,使用覆盖每个作物高度范围的颜色坡道。

 

图3  所研究作物的点云的横向视图:葡萄园(a),梨园(b)和桃园(c)。点的颜色指的是所使用的系统

对于点云的创建。

 

图4  散点图显示了在剖面长度为0.1 m的情况下,由UAV-DAP计算的几何参数与MTLS-LiDAR导出的点云之间的关系:a)最大高度,b)地面投影面积,c)体积2.5D, d)体积凸壳。黑线表示1:1线,圆点颜色表示裁剪。

 

来 源

Jorge Torres-Sánchez, Alexandre Escolà, Ana Isabel de Castro et al., Mobile terrestrial laser scanner vs. UAV photogrammetry to estimate woody crop canopy parameters – Part 2: Comparison for different crops and training systems, Computers and Electronics in Agriculture, 2023.

 

编辑

锦銎

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