CN112595243A - 一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法及系统，该方法包括以下步骤：获取激光设备的初始位置信息，判断激光设备的初始位置信息是否符合预设初始位置信息，若符合，实时获取激光设备到周边植被的激光反射点云信息，以及获取对应时刻激光设备距离地面的高度，判断获取到的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息，若符合，确认此时激光设备距离地面的高度为植被株高。本发明可在野外执行长期无人值守，按照预设要求，对植被进行全天候观测，自动获取植被株高信息，节省人力，提高行业生产的智慧程度，且植被株高测定准确度高。
Description
技术领域
本发明涉及植被观测技术领域，具体地涉及一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法及系统。
背景技术
植被株高属于植被生长重要参数，其数值和变化特征是对周边环境条件的重要反馈。对植被株高进行测量，并对测量数据进行变化检测，有益于对植被的生长状态和健康情况进行了解和评估，帮助农业、林业、草业和生态等领域的科学研究人员发现自然现象或者厘清科学问题，同时也可帮助这些行业生产人员对目标植被采取有效管理措施，提高生产效率。目前，植被株高数据的获取多为人工借助标尺进行测定，对人力和气象条件都有极大依赖，即使有自动或者半自动测定的简单装置或设备，也不能满足对植被株高长期、自动、准确的定位测定要求。因此，一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法及系统，对植被科学研究和相关行业生产活动都有重要意义和现实需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现实时测定监控的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法及系统。
本发明公开的一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法及系统的技术方案是:
本发明提供了一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，该方法包括以下步骤：
S101：获取激光设备的初始位置信息；
S102：判断激光设备的初始位置信息是否符合预设初始位置信息；
若不符合，执行步骤S103：移动激光设备至预设初始位置，并重复执行步骤S102；
若符合，执行步骤S104：实时获取激光设备到周边植被的激光反射点云信息，以及获取对应时刻激光设备距离地面的高度；
S105：判断获取到的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息；
若不符合，执行步骤S106：移动激光设备，并重复执行步骤S105。
若符合，执行步骤S107：确认此时激光设备距离地面的高度为植被株高。
作为优选方案，该方法还包括步骤：
S201：获取激光设备周边所有植被的激光反射点云信息，作为植被点云总信息集；
S202：分析和处理植被点云总信息集，获取植被点云总信息集包含的植株数量信息、植株空间坐标信息、植株侧向距离信息；
S203：根据预设植株侧向距离信息对植被点云总信息集进行筛选，筛选出植被点云总信息集中植株侧向距离信息与预设植株侧向距离信息相同的点云信息，作为同距点云信息集；
S204：根据预设植株空间坐标信息对同距点云信息集进行筛选，筛选出同距点云信息集中植株空间坐标信息与预设植株空间坐标信息相同的点云信息，作为同标点云信息集；
S205：确认同标点云信息集为单株植被包含的激光反射点云信息；
S206：获取单株植被的同标点云信息集包含的激光反射点云信息及对应时刻激光设备距离地面的高度；
S207：判断单株植被的同标点云信息集包含的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息；
S208：确认此时激光设备距离地面的高度为该单株植被株高。
作为优选方案，该方法还包括步骤：
S301：统计确认后的单株植被株高，作为总植被株高集；
S302：根据总植被株高集将激光设备依次移动至每株植被株高对应的位置；
S303：再次获取激光设备在每株植被株高位置时的激光反射点云信息；
S304：比对激光设备在同一株高对应的位置多次获取到的激光反射点云信息。
作为优选方案，该方法还包括步骤：
S501：获取激光设备距离地面的高度；
S502：实时获取在垂直方向上激光设备到每株植被的顶部的距离；
S503：根据获取到的激光设备距离地面的高度和距离植被的距离运算得出植被株高。
作为优选方案，该方法还包括以下步骤：
S601：统计获取到的每株植被株高数据作为总株高数据集；
S602：判断总株高数据集包含的株高数据是否符合预设丢弃株高数据；
S603：丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据。
作为优选方案，在步骤丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据之后，还包括以下步骤：
S604：统计符合预设丢弃株高数据的株高数据作为丢弃数据集；
S605：判断丢弃数据集所占总株高数据集的比例是否符合预设比例；
若符合，则执行步骤S606：丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据，并将该组数据标注为“植被呈摇动状态”。
本发明还提供了一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定系统，该系统包括：
激光设备，包括水平激光测定组件和垂直激光测定组件，所述水平激光测定组件用于获取侧向植株侧向高度信息，所述垂直激光测定组件用于垂向获取植株高度信息。
终端，用于接收所述垂直激光测定装置和水平激光测定装置传输来的信息并作对应的响应。
电源，用于提供所述激光设备和终端所需供电。
作为优选方案，所述水平激光测定组件包括升降装置，还包括安装在所述升降装置上的激光雷达和单点激光测距装置，所述激光雷达和单点激光测距装置通过所述升降装置可进行升降，所述激光雷达用于实时获取周边植被的激光反射点云信息，所述单点激光测距装置用于实时获取激光雷达距离地面的高度。
作为优选方案，所述垂直激光测定组件包括垂直固定支架，所述垂直固定支架上安装有至少一个垂直激光测距装置，所述垂直激光测距装置用于垂向获取垂直激光测距装置到植被顶部的距离。
本发明还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有用于所述终端执行的如上所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法。
本发明提供的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法及系统，启动激光设备后，获取激光设备的初始位置信息，并判断激光设备的初始位置信息是否符合预设初始位置信息，若不符合，则移动激光设备至预设初始位置；若符合，则由激光设备直接开始实时获取激光设备到周边植被的激光反射点云信息，并获取对应时刻的激光设备距离地面的高度；获取到激光反射点云信息后，判断获取到的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息，若符合，确认此时激光设备距离地面的高度为植被株高；若不符合，则继续移动激光设备，并重复获取激光反射点云信息，并进行判断，直至获取到的激光反射点云信息符合预设激光反射点云信息。本发明可在野外执行长期无人值守，按照预设要求，对植被进行全天候观测测定，自动获取植被株高信息，节省人力，提高行业生产的智慧程度，且植被株高测定准确度高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例一的流程示意图。
图2是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例二的流程示意图。
图3是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例二的流程示意图。
图4是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例三的流程示意图。
图5是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例四的流程示意图。
图6是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例五的流程示意图。
图7是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例五的流程示意图。
图8是本发明的用于植株株高的测定系统的实施例一的模块示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步阐述和说明:
请参考图1，是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例一的流程示意图。
本实施例提供了一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，该方法包括以下步骤：
S101：获取激光设备的初始位置信息；
S102：判断激光设备的初始位置信息是否符合预设初始位置信息；
若不符合，执行步骤S103：移动激光设备至预设初始位置，并重复执行步骤S102；
若符合，执行步骤S104：实时获取激光设备到周边植被的激光反射点云信息，以及获取对应时刻激光设备距离地面的高度；
S105：判断获取到的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息；
若不符合，执行步骤S106：移动激光设备，并重复执行步骤S105。
若符合，执行步骤S107：确认此时激光设备距离地面的高度为植被株高。
本实施例提供的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，启动激光设备后，获取激光设备的初始位置信息，并判断激光设备的初始位置信息是否符合预设初始位置信息，若不符合，则移动激光设备至预设初始位置；若符合，则由激光设备直接开始实时获取激光设备到周边植被的激光反射点云信息，并获取对应时刻的激光设备距离地面的高度；获取到激光反射点云信息后，判断获取到的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息，若符合，确认此时激光设备距离地面的高度为植被株高；若不符合，则继续移动激光设备，并重复获取激光反射点云信息，并进行判断，直至获取到的激光反射点云信息符合预设激光反射点云信息。本发明可在野外执行长期无人值守，按照预设要求，对植被进行全天候观测，自动获取植被株高信息，节省人力，提高行业生产的智慧程度，且植被株高测定准确度高。
请参考图2、3，图2是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例二的流程示意图，图3是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例二的流程示意图。
在上述实施例一的基础上，本实施例提供的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法还包括以下步骤：
S201：获取激光设备周边所有植被的激光反射点云信息，作为植被点云总信息集；
S202：分析和处理植被点云总信息集，获取植被点云总信息集包含的植株数量信息、植株空间坐标信息、植株侧向距离信息；
S203：根据预设植株侧向距离信息对植被点云总信息集进行筛选，筛选出植被点云总信息集中植株侧向距离信息与预设植株侧向距离信息相同的点云信息，作为同距点云信息集；
S204：根据预设植株空间坐标信息对同距点云信息集进行筛选，筛选出同距点云信息集中植株空间坐标信息与预设植株空间坐标信息相同的点云信息，作为同标点云信息集；
S205：确认同标点云信息集为单株植被包含的激光反射点云信息；
S206：获取单株植被的同标点云信息集包含的激光反射点云信息及对应时刻激光设备距离地面的高度；
S207：判断单株植被的同标点云信息集包含的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息；
S208：确认此时激光设备距离地面的高度为该单株植被株高。
本实施例在获取到激光设备周边所有植被的激光反射点云信息后，然后根据激光反射点云信息中包含的植株空间坐标信息和植株侧向距离信息进行筛选，筛选出相同植株空间坐标信息、相同植株侧向距离信息的激光反射点云信息，从而可以确认单株植被的激光反射点云信息，进而确认单株植被株高。
进一步地，本实施例提供的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法还包括以下步骤：
S301：统计确认后的单株植被株高，作为总植被株高集；
S302：根据总植被株高集将激光设备依次移动至每株植被株高对应的位置；
S303：再次获取激光设备在每株植被株高位置时的激光反射点云信息；
S304：比对激光设备在同一株高对应的位置多次获取到的激光反射点云信息。
请参考图4，图4是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例三的流程示意图。
在上述实施例一的基础上，本实施提供了一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，该方法包括以下步骤：
S301：实时获取激光设备到周边植被的激光反射点云信息，以及获取对应时刻激光设备距离地面的高度；
S302：实时分析和处理获取到的激光反射点云信息，获取激光反射点云信息包含的植株空间坐标信息、植株侧向距离信息；
S303：根据植株空间坐标信息、植株侧向距离信息预确认单株植被的激光反射点云信息；
S304：停留在对应时刻激光设备距离地面的高度位置附近再次或多次获取该单株植被的激光反射点云信息；
S305：判断激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息；
S306：确认此时激光设备距离地面的高度为该单株植被株高；
本实施例在实时获取激光反射点云信息的同时，还对获取到的激光反射点云信息进行实时的分析和处理，及时的得到激光反射点云信息包含的植株空间坐标信息和植株侧向距离信息，由此可筛选出相同植株空间坐标信息、相同植株侧向距离信息的激光反射点云信息，初步确定该激光反射点云信息为单株植被的激光反射点云信息，而对应时刻激光设备距离地面的高度为该单株植被的高度。然后，在初步确认的位置附近再次或多次获取周围植被的激光反射点云信息，并将后面获取到的激光反射点云信息与预设激光反射点云信息进行比对，进一步确认此时获取激光反射点云信息的激光设备的位置为该植被株顶的位置，确认此时激光设备距离地面的高度为该单株植被的高度。其中，激光设备在初步确认的位置附近进行再次获取，可避免植被发生摇动或其他情况，造成测定结果出现失误，进一步提高测定结果的准确性。
请参考图5，图5是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例四的流程示意图。
在上述实施例的基础上，本实施例还提供了一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，该方法包括以下步骤：
S501：获取激光设备距离地面的高度；
S502：实时获取在垂直方向上激光设备到每株植被的顶部的距离；
S503：根据获取到的激光设备距离地面的高度和距离植被的距离运算得出植被株高。
可理解地，该方法是通过激光设备自上往下对准植被的预设定位置，获取激光设备与该位置的距离，然后通过运算该距离以及激光设备本身的高度，从而得出植被株高。
请参考图6、7，图6是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例五的流程示意图，图7是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法的实施例五的流程示意图。
在上述实施例的基础上，本实施例的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法还包括以下步骤：
S601：统计获取到的每株植被株高数据作为总株高数据集；
S602：判断总株高数据集包含的株高数据是否符合预设丢弃株高数据；
S603：丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据。
进一步地，本实施在步骤丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据之后，还包括以下步骤：
S604：统计符合预设丢弃株高数据的株高数据作为丢弃数据集；
S605：判断丢弃数据集所占总株高数据集的比例是否符合预设比例；
若符合，则执行步骤S606：丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据，并将该组数据标注为“植被呈摇动状态”。
需要说明的是，本实施例结合实施例一和实施例二的方法，对获取到的所有植被株高数据进行统计和筛选。
具体地，首先判断总株高数据集包含的株高数据是否符合预设丢弃株高数据，符合的株高数据会被标注，不纳入最大值、最小值和标准差的统计，但是会统计其数量标注为丢弃数据集。然后运算得出丢弃数据集占总株高数据集的比例判断该比例是否符合预设比例，比如数量范围、设定百分比等。比如比例过大，则会判断测定数据浮动较大，植被发生了摆动，将此组信息标注为“植被呈摇动状态”。
具体地，判断在规定时间内，植被株高数据是否小于某个设定高度值，若小于，则判断植被还未正常生长，标注为“植被呈裸土/待出苗状态”。
具体地，判断植被株高数据在前一日和后一日的差别，若后一日的植被株高数据比前一日的相差较大，则判断植被生长较快，标注为“植被生长过快”。
具体地，判断植被株高数值，后一日的数值是否小于前一日数值，并超过设定范围，若超过，则判断植被出现数量变化，标注“植被呈倒伏/收割状态”。
请参考图7，是本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定系统的实施例一的模块示意图。
本实施例提供了一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定系统，该系统采用上述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，该系统包括：
激光设备100，包括水平激光测定组件110和垂直激光测定组件120，所述水平激光测定组件110用于侧向获取植被株高，所述垂直激光测定组件120用于垂向获取植被株高。
终端200，用于接收所述垂直激光测定组件120和水平激光测定组件110传输来的信息并作出对应响应。
电源300，用于提供所述激光设备100和终端200所需供电。
进一步地，所述水平激光测定组件包括升降装置，还包括安装在所述升降装置上的激光雷达和单点激光测距装置，所述激光雷达和单点激光测距装置通过所述升降装置可进行升降，所述激光雷达用于实时获取周边植被的激光反射点云信息，所述单点激光测距装置用于实时获取激光雷达距离地面的高度。
进一步地，所述垂直激光测定组件包括垂直固定支架，所述垂直固定支架上安装有至少一个垂直激光测距装置，所述垂直激光测距装置用于垂向获取垂直激光测距装置到植被顶部的距离。
可理解地，所述终端由处理器、存储器、数据采集模块构成，数据采集模块用于接收所述垂直激光测定装置和水平激光测定装置传输来的信息并反馈到处理器，由处理器进行处理并作为对应的响应，比如发出指令控制升降装置进行升降带动激光雷达移动。存储器用于存储预设的信息，以及存储获取到的相关信息和数据，便于处理器进行运算和统计。所述电源可为太阳能供电，节能环保。
具体地，水平激光测定组件的激光雷达和水平激光测距装置可通过升降装置进行高度自动调节，当激光雷达呈360°旋转上升，可获取到激光雷达周围所有植被的激光反射点云信息，并反馈到终端。同时单点激光测距装置会实时获取激光雷达的高度信息，并反馈到终端。终端会对相关的信息进行处理，从而将激光反射点云信息和激光雷达的高度对应起来。并且，终端可根据激光反射点云信息的特性，根据不同的空间坐标将激光反射点云信息进一步进行筛选。激光反射点云信息为点云数据，点云数据是由激光束照射到物体表面，反射的激光会携带方位、距离等信息，若将激光束按照设定轨迹进行扫描，便会边扫描便记录到反射的激光点信息，由于扫描角度步长可调整，能够得到不同要求的激光点，因此形成激光点云，得到点云数据。因此，当激光雷达上升到一定高度，激光雷达测定的植被反射回来的激光发射点云信息符合预设激光反射点云信息，即激光反射点云信息包含的点云数据小于某个范围或没有点云数据时，则可判断该位置处于植被顶端，而此时激光雷达扫描高度即为植被的高度。
需要说明的是，本发明的适用于野外连续观测的植被株高自动测定系统，可采用上述实施例一或实施例二中其中之一的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，或者采用两者结合的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法。
一种存储介质，该存储介质中存储有用于所述终端执行的如上所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S101：获取激光设备的初始位置信息；
S102：判断激光设备的初始位置信息是否符合预设初始位置信息；
若不符合，执行步骤S103：移动激光设备至预设初始位置，并重复执行步骤S102；
若符合，执行步骤S104：实时获取激光设备到周边植被的激光反射点云信息，以及获取对应时刻激光设备距离地面的高度；
S105：判断获取到的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息；
若不符合，执行步骤S106：移动激光设备，并重复执行步骤S105；
若符合，执行步骤S107：确认此时激光设备距离地面的高度为植被株高。
2.如权利要求1所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
S201：获取激光设备周边所有植被的激光反射点云信息，作为植被点云总信息集；
S202：分析和处理植被点云总信息集，获取植被点云总信息集包含的植株数量信息、植株空间坐标信息、植株侧向距离信息；
S203：根据预设植株侧向距离信息对植被点云总信息集进行筛选，筛选出植被点云总信息集中植株侧向距离信息与预设植株侧向距离信息相同的点云信息，作为同距点云信息集；
S204：根据预设植株空间坐标信息对同距点云信息集进行筛选，筛选出同距点云信息集中植株空间坐标信息与预设植株空间坐标信息相同的点云信息，作为同标点云信息集；
S205：确认同标点云信息集为单株植被包含的激光反射点云信息；
S206：获取单株植被的同标点云信息集包含的激光反射点云信息及对应时刻激光设备距离地面的高度；
S207：判断单株植被的同标点云信息集包含的激光反射点云信息是否符合预设激光反射点云信息；
S208：确认此时激光设备距离地面的高度为该单株植被株高。
3.如权利要求2所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
S301：统计确认后的单株植被株高，作为总植被株高集；
S302：根据总植被株高集将激光设备依次移动至每株植被株高对应的位置；
S303：再次获取激光设备在每株植被株高位置时的激光反射点云信息；
S304：比对激光设备在同一株高对应的位置多次获取到的激光反射点云信息。
4.如权利要求3所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
S501：获取激光设备距离地面的高度；
S502：实时获取在垂直方向上激光设备到每株植被的顶部的距离；
S503：根据获取到的激光设备距离地面的高度和距离植被的距离运算得出植被株高。
5.如权利要求4所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
S601：统计获取到的每株植被株高数据作为总株高数据集；
S602：判断总株高数据集包含的株高数据是否符合预设丢弃株高数据；
S603：丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据。
6.如权利要求5所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法，其特征在于，在步骤丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据之后，还包括以下步骤：
S604：统计符合预设丢弃株高数据的株高数据作为丢弃数据集；
S605：判断丢弃数据集所占总株高数据集的比例是否符合预设比例；
若符合，则执行步骤S606：丢弃符合预设丢弃株高数据的株高数据，并将该组数据标注为“植被呈摇动状态”。
7.一种适用于野外连续观测的植被株高自动测定系统，其特征在于，该系统包括：
激光设备，包括水平激光测定组件和垂直激光测定组件，所述水平激光测定组件用于侧向获取植被高度，所述垂直激光测定组件用于垂向获取植被高度；
终端，用于接收所述垂直激光测定组件和水平激光测定组件传输来的信息并作出应有响应；
电源，用于提供所述激光设备和终端所需供电。
8.如权利要求7所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定系统，其特征在于，所述水平激光测定组件包括升降装置，还包括安装在所述升降装置上的激光雷达和单点激光测距装置，所述激光雷达和单点激光测距装置通过所述升降装置可进行升降，所述激光雷达用于实时获取周边植被的激光反射点云信息，所述单点激光测距装置用于实时获取激光雷达距离地面的高度。
9.如权利要求7所述的适用于野外连续观测的植被株高自动测定系统，其特征在于，所述垂直激光测定组件包括垂直固定支架，所述垂直固定支架上安装有至少一个垂直激光测距装置，所述垂直激光测距装置用于垂向获取垂直激光测距装置到植被顶部的距离。
10.一种存储介质，其特征在于，该存储介质中存储有用于所述终端执行的如权利要求1至6所述任一项的适用于野外连续观测的植被株高自动测定方法。
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2020
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