基于激光点云的三维虚拟果园构建方法

针对果园管理数字化程度低、构建方法较为单一等问题,本研究提出了一种基于激光点云的三维虚拟果园构建方法.首先采用手持式三维点云采集设备(3D-BOX)结合即时定位与地图构建-激光测距与测绘(Simultaneous Localization and Mapping-Lidar Odometry and Mapping,SLAM-LOAM)算法获取果园点云数据集;然后通过统计滤波算法完成点云数据离群点与噪声点的去除,并结合布料模拟算法(Cloth Simula?tion Filtering,CSF)与DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)聚类算法,实现地面去除与果树聚类分割,进而使用VoxelGrid滤波器降采样;最后利用Unity3D引擎,构建虚拟果园漫游场景,将作业机械的实时GPS(Global Positioning System)数据从WGS-84坐标系转换为高斯投影平面坐标系,并通过LineRenderer显示实时轨迹,实现作业机械运动轨迹控制与作业轨迹的可视化展示.为验证虚拟果园构建方法的有效性,在海棠果园与芒果园开展果园构建方法测试.结果表明,所提出的点云数据处理方法对海棠果树与芒果树聚类分割的准确率分别达到了95.3％与98.2％;通过与实际芒果园的果树行距、株距对比,虚拟芒果园的平均行间误差约为3.5％,平均株间误差约为6.6％.并且将Unity3D构建出的虚拟果园与实际果园相比,该方法能够有效复现果园三维实际情况,得到了较好的可视化效果,为果园的数字化建模与管理提供了一种技术方案.