一种移动式平面激光雷达植物形态测量装置的制作方法

本发明实施例涉及生态监测技术领域，更具体地，涉及一种移动式平面激光雷达植物形态测量装置。

背景技术：

植物表型测量技术发展的滞后已成为当前育种领域的发展瓶颈，高通量的精确表型测量有助于加速育种进程。激光雷达是一种新兴的主动遥感技术,能够精确获取作物的空间形态数据，在高通量作物表型监测中有广阔应用前景。然而，目前我国基于激光雷达技术的作物表型监测仍存在较大空白。高通量植物表型测量与传统作物表型测量技术相比，优势在于能够通量化同步地对作物各生长时期进行多源表型数据的获取并提取株高、株幅、叶长、叶宽、叶倾角和叶面积等参数，可为植物生物学和基因组学分析提供数据支持。

遥感技术可以在远离被测物体的条件下对目标物进行探测，可以很好的利用到植物表型测量技术当中来，激光雷达作为一种新兴的主动遥感技术，可以快速、准确的高通量获取目标物的表面三维点云数据，但现有的三维激光雷达系统操作复杂、价格昂贵，不利于大面积的推广应用，而二维激光雷达只能获取平面廓线上的点，获取的信息维度低、表现内容少。因此，植物表型研究领域迫切需要一种低成本、精度适中、操作简单的激光雷达测量装置和数据获取技术方案。

申请公布号为cn108303043a的中国发明专利申请提出了一种多传感器信息融合的植物叶面积指数检测方法及系统(专利申请号：201711474613.9)，采用激光雷达传感器扫描植物冠层侧面，获得植物冠层切面轮廓的二维点云数据；采用惯性测量单元获取激光雷达传感器的姿态角，并根据姿态角对二维激光点云数据进行矫正。采用卫星导航定位系统获取激光雷达传感器的定位坐标，根据定位坐标计算两次激光扫描点之间的距离，融合定位坐标与矫正后的二维激光点云数据重构植物冠层三维激光点云图；从而获取植物的叶面积指数。申请公布号为cn108279420a的中国发明专利申请提出一种同步获取地物信息的激光扫描多维近距遥感系统及方法(专利申请号：201810121327.2)，将二维激光雷达、旋转偏振镜、高精度脉冲旋转台、影像数据获取单元进行了集成，用于同时获取地物三维空间中的偏振信息、反射强度和三维彩色点云，研发了低成本、精度适中、近距、可多维信息获取的激光雷达设备。上述激光雷达系统，操作复杂，价格高昂，基于三维激光雷达研发的测量装置，价格高昂，设备体积较大、点云配准精度差，不利于大面积的推广应用，从而限制了激光雷达提取植物表型性状的普适性。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种移动式平面激光雷达植物形态测量装置。

本发明实施例提供一种移动式平面激光雷达植物形态测量装置，包括移动滑轨以及安装在所述移动滑轨上的平面激光雷达模块，所述平面激光雷达模块连接有控制台；

所述移动滑轨，设于植物一侧竖直放置；

所述控制台，用于控制所述平面激光雷达模块沿所述移动滑轨上下移动；

所述平面激光雷达模块，用于向所述植物发送激光，并测量移动过程中激光发射方位的距离和反射强度信息，获取植物的空间点云数据。

作为优选的，所述移动滑轨上滑动连接有滑块基座，所述平面激光雷达模块固定在所述滑块基座上；所述滑块基座电连接所述控制台，所述滑块基座在所述控制台的控制下沿所述移动滑轨上下匀速移动。

作为优选的，所述移动滑轨上固定连接有滑块基座，所述平面激光雷达模块固定在所述滑块基座上；所述移动滑轨电连接所述控制台，所述移动滑轨在所述控制台的控制下带动所述滑块基座上下匀速移动。

作为优选的，所述平面激光雷达模块包括光电主动测量单元、扫描驱动装置和扫描镜；所述光电主动测量单元用于发射激光；所述驱动装置用于驱动所述扫描镜绕一水平轴360°旋转，以实现激光扫描测量，获取植物的空间点云数据。

作为优选的，所述控制台包括平面激光雷达控制单元和移动滑轨控制单元；

所述移动滑轨控制单元，用于控制所述滑块基座沿所述滑轨上下匀速移动；

所述平面激光雷达控制单元，用于控制所述平面激光雷达模块在测区开启扫描，并在曝光范围内完成扫描，以控制所述平面激光雷达模块按照移动路线在曝光范围内进行数据采集。

作为优选的，所述移动滑轨控制单元还用于控制所述滑块基座的移动速度，并记录所述滑块基座的位移数据和速度信息。

作为优选的，所述平面激光雷达模块与所述滑块基座的安装关系及位姿关系通过预先标定完成，并进行整平、对中和定向，以实现所述平面激光雷达模块在全局坐标系下的定向和定位。

作为优选的，所述控制台还包括存储单元，所述存储单元用于存储植物的空间点云数据和滑块基座位移数据。

本发明实施例提出了一种移动式平面激光雷达植物形态测量装置，克服现有三维激光雷达价格高昂，后处理费时费力的情况，解决现有技术所存在的体积较大、重量较重、对作业环境条件要求较高等技术问题，从而使植物表型测量工作变得得心应手，准确的得到测量数据，提高测量效率；该装置高度集成、重量轻，可在统一坐标系下实现三维激光点云的采集，得到全局坐标系下高精度、高分辨率的点云，从而有效提高植物表型性状的获取效率；紧凑集成、体积小、重量轻，从而有效提高相关领域植物表型信息获取的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为根据本发明实施例的移动式平面激光雷达植物形态测量装置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于现有的激光雷达系统，操作复杂，价格高昂，基于三维激光雷达研发的测量装置，价格高昂，设备体积较大、点云配准精度差，不利于大面积的推广应用，从而限制了激光雷达提取植物表型性状的普适性。因此本发明各实施例提供一种低成本、高精度、近距获取的激光雷达设备，可有效保证植物表型性状的提取，从而加速推动育种和精准农业的发展。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1为本发明实施例提供的一种移动式平面激光雷达植物形态测量装置，包括移动滑轨3以及安装在所述移动滑轨3上的平面激光雷达模块1，所述平面激光雷达模块1连接有控制台4；

所述移动滑轨3，设于植物一侧竖直放置；

所述控制台4，用于控制所述平面激光雷达模块1沿所述移动滑轨3上下移动；

所述平面激光雷达模块1，用于向所述植物发送激光，并测量移动过程中激光发射方位的距离和反射强度信息，获取植物的空间点云数据。

在本实施例中，通过平面激光雷达模块1、移动滑轨3和控制台4构成测量装置，通过控制台4控制平面激光雷达模块1在移动滑轨3上上下匀速移动，以实现移动测量，平面激光雷达模块1向植物发送激光，并测量移动过程中激光发射方位的距离和反射强度信息，获取植物的空间点云数据。

具体的，平面激光雷达模块1扫描测量所得激光点云通过坐标转换统一到装置坐标系中，并通过所述移动滑轨3的匀速移动实现全局坐标系下的定向和定位，最终得到全局坐标系下的三维空间测量数据。

在上述实施例的基础上，所述移动滑轨3上滑动连接有滑块基座2，所述平面激光雷达模块1固定在所述滑块基座2上；所述滑块基座2电连接所述控制台4，所述滑块基座2在所述控制台4的控制下沿所述移动滑轨3上下匀速移动。

在本实施例中，作为一种可选的实施方式，移动滑轨3上滑动连接有滑块基座2，平面激光雷达模块1则安装在滑块基座2上，滑块基座2电连接控制台4；移动滑轨3固定不动的情况下，控制台4控制滑块基座2在移动滑轨3上上下匀速移动，以实现对植物的三维空间测量。

在上述各实施例的基础上，所述移动滑轨3上固定连接有滑块基座2，所述平面激光雷达模块1固定在所述滑块基座2上；所述移动滑轨3电连接所述控制台4，所述移动滑轨3在所述控制台4的控制下带动所述滑块基座2上下匀速移动。

在本实施例中，作为一种可选的实施方式，移动滑轨3上固定连接有滑块基座2，平面激光雷达模块1则安装在滑块基座2上，滑块基座2电连接控制台4；移动滑轨3和滑块基座2相对移动的情况下，控制台4控制移动滑轨3上下运动，以实现对植物的三维空间测量。

在上述各实施例的基础上，所述滑块基座2实现对平面激光雷达模块1和移动滑轨3的刚性联接。

在上述各实施例的基础上，所述平面激光雷达模块1包括光电主动测量单元、扫描驱动装置和扫描镜；所述光电主动测量单元用于发射激光；所述驱动装置用于驱动所述扫描镜绕一水平轴360°旋转，以实现激光扫描测量，获取植物的空间点云数据。

在本实施例中，扫描驱动装置带动所述扫描绕一水平轴360°旋转，以进行激光扫描测量，以供所述光电主动测量单元测量移动过程中激光发射方位的距离、角度和反射强度信息，获取空间点云数据。

在上述各实施例的基础上，所述控制台4包括平面激光雷达控制单元和移动滑轨控制单元；

所述移动滑轨控制单元，用于控制所述滑块基座2沿所述滑轨上下匀速移动；

所述平面激光雷达控制单元，用于控制所述平面激光雷达模块1在测区开启扫描，并在曝光范围内完成扫描，以控制所述平面激光雷达模块1按照移动路线在曝光范围内进行数据采集。

在本实施例中，控制台4包括平面激光雷达控制单元和移动滑轨控制单元；平面激光雷达控制单元控制平面激光雷达模块1在测区完成扫描的开启，并在曝光范围内完成扫描，从而控制平面激光雷达模块1按照移动路线在曝光范围内进行数据的采集；移动滑轨控制单元控制滑块基座2在上下进行匀速移动，且所述控制台4模块控制存储所获取的激光扫描点云数据、滑块基座2的位移数据。

在上述各实施例的基础上，所述移动滑轨控制单元还用于控制所述滑块基座2的移动速度，并记录所述滑块基座2的位移数据和速度信息。

在本实施例中，控制台4由高性能板卡计算机向其设置命令、接收所述平面激光雷达模块1采集的数据；移动滑轨控制单元还用于控制滑块基座2的动作，如速度、加速度和旋转，以及记录滑块基座2的位移和速度信息。

在上述各实施例的基础上，所述平面激光雷达模块1与所述滑块基座2的安装关系及位姿关系通过预先标定完成，并进行整平、对中和定向，以实现所述平面激光雷达模块1在全局坐标系下的定向和定位。

在本实施例中，所述平面激光雷达模块1与滑块基座2间的安置关系及位姿关系通过设备标定完成，通过整平、对中和定向，获取全局坐标系下的大网格密度、高精度的点云数据。

在上述各实施例的基础上，所述控制台4还包括存储单元，所述存储单元用于存储植物的空间点云数据和滑块基座2位移数据。

综上所述，本发明实施例提供的一种移动式平面激光雷达植物形态测量装置，克服现有三维激光雷达价格高昂，后处理费时费力的情况，解决现有技术所存在的体积较大、重量较重、对作业环境条件要求较高等技术问题，从而使植物表型测量工作变得得心应手，准确的得到测量数据，提高测量效率；该装置高度集成、重量轻，可在统一坐标系下实现三维激光点云的采集，得到全局坐标系下高精度、高分辨率的点云，从而有效提高植物表型性状的获取效率；紧凑集成、体积小、重量轻，从而有效提高相关领域植物表型信息获取的效率。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。