樹木髓心是樹干內(nèi)部的重要結(jié)構(gòu)之一,對(duì)樹木生長(zhǎng)、木材性能及加工都有一定的影響。當(dāng)前對(duì)樹木髓心的研究重點(diǎn)在于對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位,髓心定位是進(jìn)行林木測(cè)量或樹干解析的基礎(chǔ)。目前主要采用精度較高的直接測(cè)量法對(duì)樹木髓心進(jìn)行定位,但這種方式需要破壞樹木主干,會(huì)對(duì)樹木造成嚴(yán)重?fù)p傷。為了解決上述問(wèn)題,研究并發(fā)展樹木髓心無(wú)損定位勢(shì)在必行。本文在對(duì)樹木髓心幾何性質(zhì)進(jìn)行推斷和驗(yàn)證后,開發(fā)出一種基于二維激光雷達(dá)的樹木髓心定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在無(wú)損前提下,通過(guò)激光雷達(dá)獲取樹干外輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行重建后,利用髓心特有的幾何性質(zhì)對(duì)髓心進(jìn)行徑向定位。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)可準(zhǔn)確在樹干橫截面上標(biāo)記一條通過(guò)髓心的弦,可以滿足在使用生長(zhǎng)錐或微鉆阻力鉆頭時(shí)對(duì)髓心徑向定位的要求。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）提出過(guò)髓心的最長(zhǎng)弦可在誤差允許范圍內(nèi)平分樹干橫截面外輪廓周長(zhǎng),并進(jìn)行了驗(yàn)證:在Auto CAD軟件中對(duì)樹木圓盤數(shù)字圖片進(jìn)行分析,人工確定髓心并作過(guò)髓心最長(zhǎng)弦線將外輪廓周長(zhǎng)分為兩部分,測(cè)量?jī)刹糠种荛L(zhǎng)數(shù)值并計(jì)算誤差。最終驗(yàn)證最長(zhǎng)弦平分樹干橫截面外輪廓周長(zhǎng)的誤差在5%附近波動(dòng)。（2）利用二維激光雷達(dá)經(jīng)四次定點(diǎn)掃描獲取樹干外輪廓... 

【文章來(lái)源】：北京林業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

樹干結(jié)構(gòu)示意圖

確（吳斡寧和萬(wàn)濤，2013）。不僅如此，髓心與樹木內(nèi)部的許多結(jié)構(gòu)都息息相關(guān)，其位置也會(huì)影響木材的性質(zhì)及加工（Boukadidaetal．，2012）。所以，準(zhǔn)確地對(duì)髓心進(jìn)行定位在測(cè)量樹木年輪參數(shù)、研究樹木生長(zhǎng)過(guò)程、估算樹齡、測(cè)定評(píng)估木材性能等方面均具有重要意義。實(shí)驗(yàn)研究中常假設(shè)髓心位于樹干中心，但在實(shí)際生產(chǎn)生活中，髓心偏倚時(shí)常發(fā)生，尤其在樹干根部和頂部，該情況更為明顯和常見(jiàn)，這是由于該位置在樹木生長(zhǎng)過(guò)程中承受的應(yīng)力較大造成的，該現(xiàn)象的發(fā)生增加了髓心定位的困難（AkachukuandAbolarin，1989；張寧等，2017）。圖1.2髓心偏倚的示例Figure1.2Examplesofeccentricpith如今已有很多定位方法被用于解決樹木髓心定位問(wèn)題，其中主要以圖像處理為基礎(chǔ)，通過(guò)掃描樹干橫截面獲取樹木圓盤圖像，在此基礎(chǔ)上添加輔助線或應(yīng)用聚類算法來(lái)輔助定位。稱此類方法為直接測(cè)量法。直接測(cè)量法可大幅提升髓心定位的準(zhǔn)確性，且即使髓心存在缺失或損傷也不會(huì)影響精度，已逐漸成為目前的主流研究方向。但上述方法也存在問(wèn)題，即在獲取樹木橫截面圖像時(shí)必須破壞或者切斷樹木主干，這會(huì)對(duì)樹木的生長(zhǎng)造成不可逆的損傷甚至?xí)苯訉?dǎo)致樹木死亡，即使可以使用側(cè)枝的年輪代替主干年輪獲取所需參數(shù)進(jìn)行后續(xù)分析，但折斷側(cè)枝對(duì)活立木的影響也是無(wú)法忽略的（袁傳武等，2012）。因此，找到一種能最大限度保證樹木健康和結(jié)構(gòu)完整的髓心無(wú)損定位方法成為亟待解決的問(wèn)題。與直接測(cè)量法相對(duì)應(yīng)，通過(guò)非破壞性測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)髓心定位的方法稱為間接測(cè)量法。此類方法可通過(guò)非破壞性測(cè)量實(shí)現(xiàn)樹木髓心定位。如利用激光雷達(dá)獲取某一水平高度上的樹干外輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，隨后利用點(diǎn)云對(duì)外輪廓進(jìn)行重建，并應(yīng)用髓心的位置或性質(zhì)特點(diǎn)在重建的樹干橫截面外輪廓上實(shí)現(xiàn)髓心定位，便能實(shí)現(xiàn)快速無(wú)損?

確（吳斡寧和萬(wàn)濤，2013）。不僅如此，髓心與樹木內(nèi)部的許多結(jié)構(gòu)都息息相關(guān)，其位置也會(huì)影響木材的性質(zhì)及加工（Boukadidaetal．，2012）。所以，準(zhǔn)確地對(duì)髓心進(jìn)行定位在測(cè)量樹木年輪參數(shù)、研究樹木生長(zhǎng)過(guò)程、估算樹齡、測(cè)定評(píng)估木材性能等方面均具有重要意義。實(shí)驗(yàn)研究中常假設(shè)髓心位于樹干中心，但在實(shí)際生產(chǎn)生活中，髓心偏倚時(shí)常發(fā)生，尤其在樹干根部和頂部，該情況更為明顯和常見(jiàn)，這是由于該位置在樹木生長(zhǎng)過(guò)程中承受的應(yīng)力較大造成的，該現(xiàn)象的發(fā)生增加了髓心定位的困難（AkachukuandAbolarin，1989；張寧等，2017）。圖1.2髓心偏倚的示例Figure1.2Examplesofeccentricpith如今已有很多定位方法被用于解決樹木髓心定位問(wèn)題，其中主要以圖像處理為基礎(chǔ)，通過(guò)掃描樹干橫截面獲取樹木圓盤圖像，在此基礎(chǔ)上添加輔助線或應(yīng)用聚類算法來(lái)輔助定位。稱此類方法為直接測(cè)量法。直接測(cè)量法可大幅提升髓心定位的準(zhǔn)確性，且即使髓心存在缺失或損傷也不會(huì)影響精度，已逐漸成為目前的主流研究方向。但上述方法也存在問(wèn)題，即在獲取樹木橫截面圖像時(shí)必須破壞或者切斷樹木主干，這會(huì)對(duì)樹木的生長(zhǎng)造成不可逆的損傷甚至?xí)苯訉?dǎo)致樹木死亡，即使可以使用側(cè)枝的年輪代替主干年輪獲取所需參數(shù)進(jìn)行后續(xù)分析，但折斷側(cè)枝對(duì)活立木的影響也是無(wú)法忽略的（袁傳武等，2012）。因此，找到一種能最大限度保證樹木健康和結(jié)構(gòu)完整的髓心無(wú)損定位方法成為亟待解決的問(wèn)題。與直接測(cè)量法相對(duì)應(yīng)，通過(guò)非破壞性測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)髓心定位的方法稱為間接測(cè)量法。此類方法可通過(guò)非破壞性測(cè)量實(shí)現(xiàn)樹木髓心定位。如利用激光雷達(dá)獲取某一水平高度上的樹干外輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，隨后利用點(diǎn)云對(duì)外輪廓進(jìn)行重建，并應(yīng)用髓心的位置或性質(zhì)特點(diǎn)在重建的樹干橫截面外輪廓上實(shí)現(xiàn)髓心定位，便能實(shí)現(xiàn)快速無(wú)損?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]關(guān)于古樹檔案信息收集的建議[J]. 宋馥杉,張齊兵.  國(guó)土綠化. 2019(03)
[5]基于地面激光雷達(dá)的田間花生冠層高度測(cè)量系統(tǒng)研制[J]. 程曼,蔡振江,Ning Wang,袁洪波.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2019(01)
[6]基于激光測(cè)距傳感器的樹干橫截面輪廓檢測(cè)[J]. 藺陸軍,方益明,鄭紅平,周德全,蔣昊.  林業(yè)工程學(xué)報(bào). 2018(05)
[7]基于數(shù)字圖像法樹木年輪寬度測(cè)量方法研究[J]. 趙娟娟,郭志成,蘇芳,趙亞明.  工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置. 2017(06)
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博士論文
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[2]基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的樹干干形測(cè)量[D]. 尤磊.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 2016

碩士論文
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[2]LiDAR技術(shù)在農(nóng)作物幾何特征探測(cè)中的應(yīng)用研究[D]. 劉寬.江蘇大學(xué) 2019
[3]樹木年輪圖像的邊緣檢測(cè)與樹齡測(cè)量方法研究[D]. 王燕鳳.浙江農(nóng)林大學(xué) 2017
[4]基于地基激光雷達(dá)的不同森林類型單木胸徑與樹高提取[D]. 陳健.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[5]新型國(guó)產(chǎn)測(cè)樹儀在基本測(cè)樹因子測(cè)量中的應(yīng)用[D]. 葉添雄.北京林業(yè)大學(xué) 2016
[6]圖像處理技術(shù)與統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在自動(dòng)化年輪分析系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]. 陳佶.西安電子科技大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3271908