作物生长发育诊断方法及生长发育诊断系统技术方案

本发明专利技术提供不易受气候影响且不需进行地表面的测量.检测处理的作物生长发育诊断方法。其具备以下步骤：从作物茎叶上方的照射点开始向作物茎叶照射复数激光脉冲的步骤（Ｓ１），光接收点接收被作物茎叶或地表面反射的激光脉冲的步骤（Ｓ２），通过测量从激光脉冲的照射到接收所需的传播时间来获取包括从照射点到反射点之间距离的作物茎叶的三维点云数据的步骤（Ｓ３），根据三维点云数据算出作物茎叶的冠层位置的步骤（Ｓ４），由冠层位置和三维点云数据算出从冠层位置到反射点的激光脉冲透入深度和激光脉冲透入率的步骤（Ｓ５），和由激光脉冲透入深度和激光脉冲透入率推算植被率的步骤（Ｓ６）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及作物生长发育诊断方法及生长发育诊断系统。更加详细地说，涉及由 通过激光扫描技术得到的作物茎叶的三维点云数据算出植被率的生长发育诊断方法及生 长发育诊断系统。
技术介绍
以往，在农作物的生长发育程度的诊断中，通常通过测量作物的株高、茎数、叶色 等进行现场观察。但是，在以往的现场观察中，无论测量何种项目，人都必须进到田间进行 繁杂的操作，需要花费很多劳动力。而且，只能一株一株、或一片叶一片叶地进行测量，因而 很难获取代表值，要把握一块耕地内的生长发育程度，需要非常庞大的采样数。实际上，现 状是每块耕地仅采样十数株左右，所以，还不能说其可以准确把握耕地总体的生长发育程 度。而且，以减轻测量操作的劳动力、缩短测量时间等为目的，也尝试了用光学方法测 量作物的生长发育程度，例如提议了接收植物反射的太阳光，根据该光接收强度求出植物 的生长发育指标(茎叶中的氮含量等)的生长发育程度测量装置(例如参照专利文献1)。 此种使用太阳光的分光反射信息的生长发育程度测量装置不是像以往一样一株一株地进 行测量，而是可瞬间获取测量结果，所以可期待减轻测量操作时的劳动力及缩短测量时间， 但因为是利用太阳光(被动受光)，所以具有测量时易受天候的影响(也就是说雨天时、极 端的暑天时、夜间不能测量)的缺点。而且，进一步提议了主动向植物照射光，接收其反射光，并且根据其光接收强度求 出植物生长发育指标的生长发育程度测量装置(例如参照专利文献幻，但在测量时，因为 需要以覆盖测量对象植物的方式来设置装置，所以在诊断大规模面积上生长发育的作物的 生长发育程度时，仍然需要很多劳动力和测量时间。而且，该测量方法虽然根据光接收强度 算出作为植物生长发育指标的茎叶中的氮含量，但却不是算出植物的茎叶高度和植被率的 测量方法。另一方面，还公开了使用激光扫描仪诊断作物、森林生长发育程度的技术(例如 参照非专利文献1 幻。激光扫描仪是指在使本体旋转或移动的同时高速高密度发射激 光脉冲，由激光脉冲往返于激光传感器(例如照射部及光接收部)和测量对象之间的传播 时间和发射激光脉冲的方向，将测量对象的表面形状作为三维坐标的集合(点云)来测量 的装置。具体地说，激光扫描仪分为将装置本体装载在飞机上进行测量的机载型和将装置 本体设置在地面上进行测量的地面设置型。前者用于广大区域的三维形状，例如森林、城市 结构、地形等的测量，后者用于比较局部区域的三维形状，例如作物、微地形、结构物等的测 量。且地面设置型也包含将装置装载在车上的车载型。但是，对于任何形式的激光扫描仪，在从测量数据(三维点云数据)中提取测量对 象物的数据时，均需要从测量数据中检测出地表面，将地表面和测量对象物分开来进行处 理，地表面的检测处理(算法)和测量需要另外进行。而且，机载型激光扫描仪的情况下，以地表面为基准的测量上的精度为将飞机的 定位绝对精度及激光扫描仪的距离测量精度复合后的精度，垂直方向的绝对精度为15cm 左右，可适用于森林等大型植物生长发育程度的测量，但不适合株型较小的水稻等作物的 生长发育程度的测量。另一方面，地面设置型激光扫描仪的情况下，即使在作物茂盛、难于从测量数据中 检测出地表面的状态下，为消除测量对象物(作物、树木)的测量死角，通常从复数的观测 方向进行测量(非专利文献1中，以围绕测量对象的形态进行测量)。因此，在推算测量对 象的结构、生长发育参数时，就需要对从复数的观测方向获取的测量数据(三维点云数据) 进行合成，因而存在获取数据需要花费时间等、分析处理复杂的问题。现有技术文献专利文献专利文献1日本特开2006-317195报专利文献2日本特开2008-076346号公报非专利文献非专利文献1本多嘉明、其他2名、“使用3D激光扫描仪的植被物理量测量”、杂志 “照片测量和遥感，，、2000年、第39卷、第2号、p. 46-47(日语原名「3D >—廿^ * ~于f 用。&植生物理量計測、雑誌「写真測量iU —卜七> * > 7」)非专利文献2片冈崇、其他7名、“通过3D图像传感器进行的作物高度的测量”、农 业机械学会北海道支部会报、2003年、第43号、p. 43-48 (日语原名「3D彳乂一^七 > 寸一 (二 J 3作物高 O計測」、農業機械学会北海道支部会報)非专利文献3武田知己、其他3名、“使用激光扫描仪的落叶松群落三维结构的测 定”、日本农业气象学会、2005年、第61卷、第1号、p. 39-47 (日语原名「^ 一廿^ * Y于 全用P t力，^ 7群落Θ三次元構造Θ測定」、日本農業気象学会)非专利文献4Fumiki Hosoi (细井文树)、其他 1 名、”Estimating vertical plant area density profile and growth parameters of a wheatcanopy at different growth stages using three-dimensional portable lidar imaging，，、ISPRS、Journal of Photogrammetry & Remote Sensing、爱思唯尔(Elsevier)、2008 年 9 月 3 日非专利文献5日下部朝子、其他2名、“以西伯利亚亚寒帶林为对象的航空激光测 距法的叶面积指数的广域推算”、日本林学会志、2006年、第88卷、第1号、p. 21-29 (日语原 名PX U 7亜寒帶林&対象i >亡航空 > 一廿測距法(二 J 3葉面積指数O広域測定」、 日本林学会誌)
技术实现思路
也就是说，本专利技术的目的在于提供不易受天候的影响且不需进行地表面的测 量·检测处理的作物生长发育诊断方法。而且，本专利技术的目的还在于提供由通过激光扫描技术得到的作物茎叶的三维点云 数据算出植被率的作物生长发育诊断方法。本专利技术申请的专利技术者进行了锐意研究，结果发现着眼于由通过激光扫描技术获 取的作物茎叶的三维点云数据，可算出不以地表面为基准、而以作物的冠层部为基准的激光脉冲透入深度、及在激光脉冲透入深度和植被率之间可存在相关性，如果将这些点应用 于现有的激光测量技术，则可排除在以地表面为基准时需要进行的地表面检测所带来的复 杂的测量处理和测量精度低下，且可提供简便 简化的作物生长发育诊断方法，从而完成了 本专利技术。即本专利技术的作物生长发育诊断方法采用以下方式·构成。(1)本专利技术的作物生长发育诊断方法中的一种方式，其特征在于，具备如下步骤从作物茎叶上方的照射点开始向该作物茎叶照射复数激光脉冲的步骤，光接收点接收被所述作物茎叶或地表面反射的所述激光脉冲的步骤，通过至少测量从所述激光脉冲的照射到接收所需的传播时间来获取包括从所述照射点到反射点之间距离的所述作物茎叶的三维点云数据的步骤，根据所述作物茎叶的所述三维点云数据算出所述作物茎叶的冠层位置的步骤，由所述冠层位置和所述三维点云数据，对于从所述冠层位置下方反射的激光脉冲 的三维点云数据，算出从所述冠层位置到所述反射点的激光脉冲透入深度和激光脉冲透入 率的步骤，和由所述激光脉冲透入深度和所述激光脉冲透入率推算植被率的步骤。而且，( 本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作物生长发育诊断方法，其特征在于，具备以下步骤：从作物茎叶上方的照射点开始向该作物茎叶照射复数激光脉冲的步骤，光接收点接收被所述作物茎叶或地表面反射的所述激光脉冲的步骤，通过至少测量从所述激光脉冲的照射到接收所需的传播时间来获取包括从所述照射点到反射点之间距离的所述作物茎叶的三维点云数据的步骤，根据所述作物茎叶的所述三维点云数据算出所述作物茎叶的冠层位置的步骤，由所述冠层位置和所述三维点云数据，对于从所述冠层位置下方反射的激光脉冲的三维点云数据，算出从所述冠层位置到所述反射点的激光脉冲透入深度和激光脉冲透入率的步骤，和由所述激光脉冲透入深度和所述激光脉冲透入率推算植被率的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥一义，力丸厚，
申请(专利权)人：国立大学法人长冈技术科学大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]