郭彩玲，宗 泽，张 雪，刘 刚



基于三维点云数据的苹果树冠层几何参数获取

郭彩玲1,2，宗 泽1，张 雪1，刘 刚1※

（1. 现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室，农业部农业信息获取技术重点实验室，中国农业大学，北京100083；2. 唐山学院机电工程系，唐山063000）

针对果园环境下苹果树冠层参数获取精度较低的问题，提出了基于地面三维激光扫描仪高精度获取苹果树冠层参数的方法。选用Trimble TX8地面三维激光扫描仪作为苹果树冠层三维点云数据采集设备，提出了基于标靶球的KD-trees-ICP算法，用于高精度配准苹果树冠层三维点云数据。研究了平均风速小于4.5 m/s时，距离地面三维激光扫描仪不同远近条件下的标靶球配准残差和拟合误差的变化规律，分析结果表明，标靶球平均配准残差为1.3 mm，平均拟合误差为0.95 mm，低于大场景测量配准误差要求（5 mm）。为了提高有风环境下提取苹果树冠层参数的精度，研究了0.9～4.5 m/s区间平均风速影响下的苹果树冠层枝干、果实、叶片的三维点云质量，建立了风速与叶片侧面厚度的曲线拟合模型，分析结果表明，在果园平均风速小于1.6 m/s时可以从苹果树冠层三维点云数据中提取高精度冠层参数。利用地面激光三维扫描仪获取距离苹果树12 000 mm以内冠层参数，测量精度高于人工测量，相对误差小于4%，为果树高通量信息获取提供了技术支持。

测量误差；激光扫描仪；精度；苹果树冠层；三维点云数据

0 引 言

果树冠层形状、结构、体积[1]和叶面积指数、生物量估算[2]与植物生物力学建模[3]有密切的关系，是研究果树表型的基础，同时精准测量冠层结构和形态参数也为研究果树精准喷药[4]、冠层光照分布[5-6]、果品质量研究[7]和自动化收获[8]等提供技术支持。……