激光摄影测树仪设计与试验

针对传统测量胸径、树高和林分空间结构参数的非智能化、非集成化、效率低等不足,以摄影测量学、测树学、图像处理技术和传感器技术原理为理论基础,设计了激光摄影测树仪。该仪器由CCD镜头、激光器、光源笔、PDA和云台组成,测量时获取方位角、倾角及图像等参数,通过在Android Studio 2.2开发平台下利用Java语言进行编译的3个模块化程序,实现胸径、树高和林分结构参数测量功能。对21株立木进行胸径、树高测量,对1块样地内15株中心树进行林分空间结构参数测量试验,并与传统测量方法进行对比,结果表明:胸径测量相对误差绝对值的平均值为2.55%,树高测量相对误差绝对值的平均值为2.82%,角尺度与大小比数测量相对误差绝对值的平均值分别为2.50%和2.86%,混交度测量与传统测量法测量结果相同,能够满足林业调查的精度要求。

数字式多功能测树仪的研制

多功能测树仪是集多种测树功能于一体的测量工具。根据三角函数原理,结合传感器技术和计算机技术,将高度、距离、方位角、坡度、两点高差、立木任一部位形率等数据测量功能集于一体,并成功研制数字式多功能测树仪。测量方法适合在复杂森林环境中测量,解决了复杂森林环境植物高度及距离测量和树干中央直径及胸高形率测量难的问题,能够满足一般森林资源调查的精度要求,效果良好。

实时动态多功能双目立体摄影测树仪设计

为了实现林木精准实时定位,满足森林资源调查中多因子精准计测的需求,研发了一种集单木像对解算和林分点云测量于一体的多功能、高精度、实时定位的实时动态(real-time kinematic, RTK)双目立体摄影测树仪。该仪器以摄影测量和全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)空间定位技术为基础,利用三角函数原理、双目摄影测量解算原理和基于运动结构(structure from motion, SfM)视觉算法,通过内嵌操作软件,实现了林木位置实时定位及林分样木还原、胸径测量、树高测量、株树密度测量、林分空间结构参数测量等功能。通过试验验证,在单木测量模式下,能快速实现林木定位,其胸径测量精度为97.11%,树高测量精度为94.72%;在林分测量模式下,依"仿航线法"观测,能快速建立林分点云模型,并实现了林分调查因子和林分空间结构参数的高效提取,其中林分胸径提取精度达到97.18%。该仪器测量精度符合林业调查的精度要求,可在森林资源调查及精准林业工作中推广使用。

基于MSP430F149的低功耗测树仪

为了解决目前国内树木的测量工具都依靠人工手动测量,且无法对树木的直径进行长期连续观测和自动记录的问题,设计了一种以MSP430F149芯片为核心的低功耗测树仪。对整个系统的软硬件实现进行了详细阐述,同时对系统功耗进行了估算及测试。该测树仪采用2节1.5 V电池供电,能够连续记录直径生长量,并提供了方便地数据采集接口,只要插入SD卡便可自动读取数据。研究结果表明,该测树仪具有结构简单、操作方便、数据自动记录与自动存储、低功耗、低成本等优点,具有较强的实用性。

手持式树径自动识别测树仪的研制与应用

在森林资源调查中需要调查林分因子,从而了解森林资源的数量与质量,以进行森林资源的规划、设计和经营。森林资源调查是一项费时费力的工作,使用传统测量工具需要不同仪器来进行测量,同时还受地形条件的限制。为快速精确地进行林木测量,开发设计了便携式数字化智能测树仪。仪器由STM32F103VET6单片机、ov9655传感器、LIS331DLTR倾角传感器、键盘等及其相关电路模块构成。采用相位原理测距,具有±1.5 mm的测距精度。在径高同测模式下,利用摄像头和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器对图像进行处理,能够实现树径的自动识别,再利用所测距离和倾角,实现高度、直径同步测量。仪器还有测径模式,测高模式,测距模式,倾角测量模式,面积计算模式。经实验验证,测径模式下,胸径的平均误差为-0.05 cm,误差在0.50 cm之内的占97.6%。在不同距离下,对不同高度的直径进行测量表明,在最佳距离内可使误差在0.50 cm内。该便携式数字化智能测树仪可满足森林资源调查需求,实现林业数字化。

RD1000电子测树仪立木因子测定及适用性研究

传统的森林计测仪器均存在很大的不足,不能精准快速便捷地为科学研究和各有关部门提供真实可靠的立木基础数据。针对当前森林测量仪器的不足,引进美国激光技术公司的快特能RD 1000电子测树仪,以北京市奥林匹克森林公园和鹫峰国家森林公园为研究区,以误差理论为基础理论依据,对其精度和适用性进行验证分析。以传统工具卡尺和全站仪测量的数据为相对真值,对比分析RD 1000电子测树仪的测量结果,最终得出其适用性广,而且胸径测量的精度能达到毫米级别,树高测量的精度能达到厘米级别,足以满足精准林业的要求,能为我国林业的发展提供切实可行的技术支持。

望远摄影测树仪设计与试验

以摄影测量学原理、图像处理技术原理、测树学原理为理论基础,设计望远摄影测树仪,该仪器由PDA模块、远程EDM模块、长焦CCD镜头模块和云台组成,测量时获取倾角、方位角、远程距离及图像信息等参数,通过在Android Studio 2.1开发环境下集成并利用Java语言进行汇编实现树高测量、胸径测量、微样地林分测量等功能。通过试验验证,树高测量精度达93.32%,胸径测量精度达96.49%,林分平均高度测量精度达94.47%,林分平均胸径测量精度达91.68%,林分密度测量精度达86.04%,林分蓄积量测量精度达82.64%,解决了不可到达点观测难度高、看得见测不到等问题。

电子测树仪用于单木测量误差分析研究

获取原始数据是森林资源清查中最重要的一环,森林计测仪器决定着数据的精度及获取数据的效率。为使我国森林计测仪器摆脱低智能、低精度阶段,电子测树仪应运而生,其具有精度高、功能多、价格低的特点。本文就电子测树仪用于单木测量的理论误差展开了讨论,经分析试验得出,电子测树仪测高功能理论精度高,理论相对误差小于0.3%;测径功能理论精度较低,当直径小于20 cm时,直径误差略大于0.3 cm,当直径大于20 cm时,直径误差小于1.5%;《国家森林资源连续清查技术规定》中规定的树高和胸径的最低精度不能满足电子测树仪材积测算的精度要求,材积的计算需要更高的精度。

一种林业手持式多功能测树仪设计

针对森林调查对便携式测量设备自动化和集成化的需求,设计了一种集测高器、角规和标准蓄积量计算功能于一体,具有测量、数据存储、计算等多种功能的手持式多功能电子测树仪GForest。该仪器通过采样控制算法实现对测高器防抖动设计,采用计数器存储并控制角规计数结果,提供USB接口同PC和移动智能终端设备进行数据共享,旨在解决目前森林地面调查数据采集硬件设备信息化与数据采集软件发展不同步的问题,大幅减少了外业调查中手工数据记录和录入的工作,提高了野外数据采集的效率。经实测验证:GForest测得的立木高度与实际值的平均误差为4%,与进口同类设备精度持平,同时还具有角规绕测计数与控制等实用功能,且具有明显的成本优势,适合在行业内推广应用。

基于数字图像处理技术的测树仪立木胸径测量算法研究

针对现有森林资源调查中立木胸径测量存在的劳动强度大、人力成本高、劳动效率低等缺陷,以自主研制的搭载CMOS、激光测距传感器、倾角传感器的手持式测树仪的算法需求为研究基础,建立了利用图像处理技术和机器视觉技术进行立木胸径解算的算法体系,并对其进行精度验证。结果表明,利用文中所述算法,手持式测树仪对20cm以下胸径测量的最大绝对误差为±0.3cm,相对平均误差为1.34%,完全满足我国森林资源清查对于胸径小于20cm树木的胸径测量误差要求;对20cm以上胸径测量的绝对误差与相对误差的平均值分别为0.4cm和1.08%,满足我国森林资源清查胸径测量精度要求的结果有83株,占总测量数的76.15%。

手杖式测树仪研制与试验

为了在森林资源调查中能够便捷、快速、精准、高效地获取立木胸径和树高,设计研发了一种手杖式测树仪,其以固定长度手杖为主体,搭载智能手机和测树软件。该设备在传统林业调查装备理论的基础上利用了测树学、摄影测量学、机械加工学、机器视觉、影像处理等技术,通过智能手机影像处理软件实现了胸径的自动识别、测量、记录,并通过手动截取完整立木与所得胸径值演算树高等功能,可以统一编辑、存储、导出最终所得胸径树高。分析结果表明,该手杖式测树仪所得胸径和树高的编差Bias分别为0.29、0.48 cm,相对误差Bias%为1.5%、4.2%,RMSE均为0.70 cm,相对RMSE%为3.6%、6.1%,基本满足二类调查A类精度要求,具有一定的应用价值和推广潜力。

望远测树仪使用新方法的探讨

从 4个方面对望远测树仪使用的新方法进行了讨论。

普鲁莱测高器测高方法的改进意见

一、问题的提出森林调查中较为困难的工作是立木树高的测定。近年来,树高测定的仪器较多,有采用普鲁菜测高器测高的,也有用光学测树仪测高的,还有用分段拆接的鱼竿式测杆测高的。诸多仪器中。

改进望高法测定立木材积的意见

望高法(德国普雷斯勒,1855)测定单株立木材积,虽被沿用至今,但其望点处的直径因树冠或枝条影响测量而得不到广泛应用。通过对望高法的研究,我们认为,望点处的直径只要便于测量,不一定是胸高直径的一半,于是将所测到的直径称可测径(dk),将可测径距树干基部的部位称可测高(hk)(可测径和可测高可用林分速测镜。

新型森林调查仪器的发明与研制

介绍了几种森林调查仪器的研制过程和应用范围。