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      森林調查中圖像測量技術的運用

      來源:林業勘查設計 作者:安天宇
      發布于:2021-01-30 共2657字

        摘    要: 從森林調查中樹木測量方法著手,對圖像測量技術在森林調查中的具體應用進行了探析,旨在通過研究,進一步促進森林調查工作管理水平的提升。

        關鍵詞: 圖像測量技術; 森林調查; 樹木測量;

        Abstract: Starting from the method of measuring trees in forest surveys, the specific application of image measuring technology in forest surveys is explored, aiming to further promote the improvement of forest survey management level through research.

        Keyword: Image Measurement Technology; Forest Survey; Tree Survey;

        樹木調查是森林資源調查工作的主要對象,對其樹高、直徑等進行測量十分必要。但是,在目前的樹木測量工作中,對易于測量的胸徑數據,通常以直接測量方法進行數據參數獲取,而對于樹高、樹冠類的數據,則需要應用專業技術,此時將圖像測量技術應用于森林調查工作過程中十分關鍵。鑒于此,對圖像測量技術在森林調查中的應用這一內容進行深入分析具有重要現實意義。

        1 、森林調查中樹木測量方法

        1.1 、樹高測量

        在進行樹木樹高測量時,主要包括三點測量內容,分別是全高測量、干高測量以及商用建材高測量。其中全高的測量區間指代的是樹梢與地平面之間的垂直距離;干高測量區間指代的是樹冠頂點與地平面之間的距離;商用建材高的測量區間指代是樹木最具有商用價值部位與地平面之間的距離[1]。但在森林調查工作中,測量內容主要是指樹全高測量。
       

      森林調查中圖像測量技術的運用
       

        1.2、 直徑測量

        與上述樹高的測量方法相比較,樹木直徑的測量方式以及測量部位比較簡單且單一,比較常用的測量工具包括輪齒、直徑卷尺和檢徑尺3種,直接采用環繞的方式進行數據測量和記錄統計[2]。但此類方法,僅能對樹木的胸部直徑參數測量,而對于樹木上部區域的直徑測量很難。目前,對于立木上部區域直徑的測量尚未有統一的方法,即便采用無人機進行高空拍攝測量,仍存在一定的誤差,有待測量應用技術的更新和優化[3]。

        2 、圖像測量技術在森林調查中的應用分析

        通常情況下,森林中的測量作業環境比較復雜,為了提升森林調查和測量工作的質量,可以分別采用直接測量和間接測量方法對樹木進行調查。直接測量方法主要應用于高度并非特別高,且易于接近的樹木測量中;而對高度超出地面視線范圍,或處于水中、懸崖邊緣的樹木進行調查時,主要采用間接調查法[4]。具體而言,可從以下幾方面著手展開相應的調查工作。

        2.1 、直接測量法

        當采用直接測量方法時,可將被調查的樹木高度設定為B,與樹干高度相對應的樹干部分設定為b,當進行B的參數值大小測量時,首先需要針對樹木進行全景拍攝,并在樹木旁邊樹立一根長度已知的測量標桿,該標桿的長度設定為A,與其相對應的樹干部分設定為a。在進行被測量樹木的照片拍攝時,需要確保照相機的鏡頭與地面垂直,借助照片的拍攝得到樹木的一點或二點透視圖,根據透視圖處理原理以及數學計算,得到數列式:

        A/B=a/b

        其中,A的數值是已知項,通過A能夠分別計算出a與b的具體數值,該數值同時也是a與b對應的相機像素點數,將A、a、b的數值按照數學計算公式的運用,最終得出B的具體數值,即測量出被調查樹干的實際高度。同理,應用直接測量法,測量出樹木的樹冠、直徑等數據。

        2.2、 間接測量法

        間接測量法也被稱之為基點增高方法,測量原理如下:如圖1所示,圖中1和2是兩根長度相等的標尺,標尺具體長度已知,圖中g、h是被測量的樹木。測量過程中1、2標尺的基地分別為a與c,a與c的基點與樹木的基點g放置于同一水平面上,將a與c連接并延長,將1和2兩根標尺的定點相連接,即連接b和d,將b和d作為一個視平線。隨后將b和d、a與c的延長線進行相交處理,交于點o,設o點為1和2標尺的滅點,從樹木的g點制作一條水平線,將其與e點進行相交,并過e點作一條垂直線直接與視平線相交,相交點為f。之后按照透視圖的處理性質,能夠得出ef與ab、cd三者之間的高度相等,由此可知,在g點位置,圖像中的ef具體標桿長度數值設定為l,此時將樹木的高度設定為h,由此可計算出:

        l/h=ef/gh

        根據公式計算可得出,ef與gh的具體數值,最終求出樹木的實際高度參數值。通過間接測量方法的運用,能夠將一張圖像中的多棵樹木高度參數值一次性全部測量出,測量方法應用期間,圖像中樹木的基點與標尺的基點應時刻處于同一水平面。

        圖1 間接測量法測量原理圖
      圖1 間接測量法測量原理圖

        Fig.1 Principle Diagram of Indirect Measurement Method

        2.3、 測量系統應用

        通過對直接測量法與間接測量法的原理分析,能夠發現,應用圖像測量技術進行樹木調查時,技術的應用關鍵點主要在測量中的標尺、樹高、樹冠以及樹徑相互之間對應的像素點數。為了進一步提升圖像測量技術的應用效果,提升森林資源的調查質量,又進行了測試軟件開發,主要包括直接測量模塊、間接測量模塊、幾何縮放模塊以及數據處理模塊。在應用直接測量方法測量時,只需要將標尺的上端點以及下端點標定明確,就能夠直接求出不同像素點的長度參數值,再對其余各個參數特征點進行位置確定[5]。例如,在進行樹木全高參數值確定時,可直接將樹木的上下兩端參數確定,直接求出樹木全高。應用間接測量法測量時,利用計算單位中的像素點進行樹木長度的指代,處理過程相對于直接測量法更為繁雜,要求在圖像中確定兩個標尺上下兩端長度以及被調查樹木基點的參數值,才能夠計算出樹木的具體高度值。在間接測量方案應用過程中,為確保測量質量,需提前確定具體的樹木測量特征點,點位置確定的精準性直接影響樹木最終測量結果的精準性[6]。為了提升測量效果,本次研究在系統軟件中添設了幾何縮放模塊,模塊啟動后,先進行圖像放大操作,利用鼠標在模塊中標定特征點,再利用數據處理模塊將測量得出的數據參數記錄數據庫中,減少統計作業量,優化統計工作效率,最終促使森林資源調查工作質量提升。

        3 、結論

        圖像測量技術的應用在提升調查質量的同時,對于測量效率的優化也起到了顯著的促進效用。此外,獲取詳實樹木調查信息和統計,通過對樹木的測量方法進行探析,為森林調查數據補充和完善奠定了基礎。

        參考文獻

        [1]樊仲謀,周成軍,周新年,等.無人機航測技術在森林資源調查中的應用[J].森林與環境學報,2018,38(3):297-301.
        [2]范海鳳.衛星遙感圖像技術在森林二類調查中的應用[J].南方農業,2019,13(3):53,56.
        [3] 潘琪.無人機遙感技術在林業資源調查與監測中的應用分析[J].建筑工程技術與設計,2018(31):3236.
        [4] 孫貴鑫.無人機傾斜攝影測量技術在地質災害調查中的應用簡述[J].中國室內裝飾裝修天地,2019(8):137.
        [5]夏明鵬,官鳳英,范少輝,等.TLS技術在森林資源調查中的應用現狀與展望[J].西北林學院學報,2018,33(3):238-244.
        [6]晏穎杰,范少輝,官鳳英.地基激光雷達技術在森林調查中的應用研究進展[J].世界林業研究,2018,31(4):42-47.

      作者單位:國家林業和草原局調查規劃設計院
      原文出處:安天宇.圖像測量技術在森林調查中的應用[J].林業勘查設計,2021,50(01):75-76+83.
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