CN101793509A - 一种三维绿量测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维绿量测定方法，其特征是以全站仪或者测尺配合电子经纬仪为工具测量角度与边长，由相关测量技术对所测得的角度和边长进行数据处理并获得树木树冠上待测点的坐标，最后用数学方法在计算机上实现对被测树木树冠体积的立体再现，在森林中实现规则形状树冠体积的自动测定，快捷、方便，充分利用了工程测量中常用的全站仪与电子经纬仪，将测量中常用的测量方法广泛运用于林业测树，节约时间，减少了工作量，提高了工作效率，同时对计算机的运用又可大大提高工作自动化程度。

Description

一种三维绿量测定方法

一、技术领域

本发明涉及一种三维绿量测定方法，特别是一种以全站仪或测尺配合电子经纬仪为工具的三维绿量测定技术方法。

二、技术背景

到目前为止，三维绿量测定的技术方法大致可以分为“立体摄影测量”与“平面量模拟立体量”，两种测算模式的共同点为，基于植物为较规则的几何体，通过遥感获取的树高或冠径等信息繁衍绿量模型，多采用径-高方程及一些经验公式，但是以上方法还存在着一些缺陷：

①目前测算三维绿量所需要的一些原始数据必须经人工的采集和判读(如主要树种的确定，树高、冠径、叶面积的测量，遥感图像判读等)，这些工作耗时、繁琐、工作量大，与后期的计算机模拟计算形成强烈的反差。

②三维绿量的测算精度主要取决于模拟计算的可靠程度，实地抽样调查的精确度与航片分析的精度直接影响测算精度，由此可以看出，工作量与三维绿量计算精度之间存在很大的相关性，即繁杂的野外工作才能保证三维测定的精度要求；

③城市森林三维绿量处于不断变化的过程中，树木的生长、种植、移除、修剪等都会使城市森林的三维绿量发生变化，因此三维绿量数据的更新是现有方法遇到的又一难题；

因此，这些方法存在着工作量大、精度低和数据更新困难的缺点。所以，怎样在不影响测定精度的情况下，减少工作量，缩短外业工作时间，提高工作自动化水平并实现数据的实时更新成为本领域科技人员急待解决的问题。

三、发明的内容

为了克服现有方法在三维绿量测定中不可避免地带来的很多麻烦，提高工作效率和精度，本发明的目的是提供一种以全站仪或测尺配合电子经纬仪为工具的三维绿量测定技术方法，它克服了现有方法存在的上述缺点。

本发明的目的是这样实现的：以全站仪或者测尺配合电子经纬仪为工具测量角度与边长，由相关测量技术和数学模型对所测角度和距离进行数据处理，并在计算机上实现对被测树木树冠体积的立体再现，在森林中实现规则形状树木树冠体积的三维绿量测定，具体步骤如下：

首先，以树干底部中心处记原点O建立坐标系，以树冠东西方向为X轴，其中原点以东为正轴，原点以西为负轴；再以树冠南北方向为Y轴，其中原点以北为正轴，原点以南为负轴；最后以树干方向为Z轴，其中地面以上为正轴；

其次，在Y轴负方向上距离O点一定距离处架设全站仪或电子经纬仪并记为A点，测出该点至原点的距离，记录坐标(0，Y_a，0)；然后将棱镜立于树冠左端正下方处记为1点，记录瞄准棱镜时仪器显示的水平角β₁、竖直角α₁和水平距离S₁；利用数学公式①X₁＝S₁*sinβ₁②Z₁＝S₁*tanα₁，得出1点坐标，记为(X₁，0，Z₁)；

然后，依照此方法均匀测量该树木树冠边界一周若干点，并计算出各点在坐标系下的坐标；然后依此方法在被测树木的四个以上方向上测量树冠的最外侧点，并测算出各点的坐标；

最后，把单木的整个树冠看成是由单个的小圆台组成的立体，通过坐标位于同一圆周上的坐标点，求出每个小圆台的体积和表面积，然后对他们求和，利用数学模型③ $V=\frac{1}{3}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(S_{i-1}+S_i+\sqrt{S_{i-1}{S}_i})h_i,$ 就可以算出整个树冠在空间所占有的体积，从而实现在计算机上对树冠三维体积再现.

本项发明与现有传统方法相比具有以下优点：

(1)以全站仪或者测尺配合电子经纬仪为工具的三维绿量测定，对树冠形状考虑较少，测量数据详细全面精确，测量精度较高；

(2)将测量中常用的测量方法广泛运用于林业测树，节约时间，减少了工作量，提高了工作效率；

(3)测量方法简单实用，可以很好的对林木动态变化进行数据更新；

(4)将数学模型引入三维绿量测定，大大提高了树冠体积测量的准确性和科学性，同时对计算机的运用又提高了工作自动化程度。

四、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为任意形状树木树冠测量示意图；图2为树冠体积计算示意图。

五、具体实施方式：

三维绿量测定技术方法与现有传统方法不同，作了很大改进，具体是：

以全站仪或者测尺配合电子经纬仪为工具测量角度与边长，由相关测量技术对所测得的角度和边长进行数据处理并获得树木树冠上待测点的坐标，最后用数学方法在计算机上实现对被测树木树冠体积的立体再现，如图1所示：

首先，以树干底部中心处记原点O建立坐标系，以树冠东西方向为X轴，其中原点以东为正轴，原点以西为负轴；再以树冠南北方向为Y轴，其中原点以北为正轴，原点以南为负轴；最后以树干方向为Z轴，其中地面以上为正轴；

其次，在Y轴负方向上距离O点一定距离处架设全站仪或电子经纬仪并记为A点，对中、整平后测出该点至原点的距离(若用全站仪，则可直接测出至该点的距离；若仪器为电子经纬仪，则需要皮尺配合经纬仪测距)，记录坐标(0，Y_a，0)；然后将棱镜立于树冠左端正下方处记为点1，记录瞄准棱镜时仪器显示的水平角β₁、竖直角β₁和水平距离S₁；利用数学公式得出1点坐标，记为(X₁，0，Z₁)；

然后，依照此方法均匀测量该树木树冠边界一周若干点，并计算出各点在坐标系下的坐标；然后依此方法在被测树木的四个以上方向上测量树冠的最外侧点，并测算出各点的坐标；

最后，把单木的整个树冠看成是由单个的小圆台组成的立体，通过坐标位于同一圆周上的坐标点，求出每个小圆台的体积和表面积，然后对他们求和，利用数学模型 $V=\frac{1}{3}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(S_{i-1}+S_i+\sqrt{S_{i-1}{S}_i})h_i,$ 就可以算出整个树冠在空间所占有的体积，从而实现在计算机上对树冠三维体积再现。

Claims (1)

1.一种三维绿量测定方法，其特征是：以全站仪或者测尺配合电子经纬仪为工具测量角度与边长，由相关测量技术和数学模型对所测角度和距离进行数据处理，并在计算机上实现对被测树木树冠体积的立体再现，在森林中实现规则形状树木树冠体积的三维绿量测定，具体步骤如下：

首先，以树干底部中心处记原点O建立坐标系，以树冠东西方向为X轴，其中原点以东为正轴，原点以西为负轴；再以树冠南北方向为Y轴，其中原点以北为正轴，原点以南为负轴；最后以树干方向为Z轴，其中地面以上为正轴；

其次，在Y轴负方向上距离O点一定距离处架设全站仪或电子经纬仪并记为A点，测出该点至原点的距离，记录坐标(0，Y_a，0)；然后将棱镜立于树冠左端正下方处记为1点，记录瞄准棱镜时仪器显示的水平角β₁、竖直角α₁和水平距离S₁；利用数学公式得出1点坐标，记为(X₁，0，Z₁)；

其次，依照此方法均匀测量该树木树冠边界一周若干点，并计算出各点在坐标系下的坐标；然后依此方法在被测树木的四个以上方向上测量树冠的最外侧点，并测算出各点的坐标；

最后，把单木的整个树冠看成是由单个的小圆台组成的立体，通过坐标位于同一圆周上的坐标点，求出每个小圆台的体积和表面积，然后对他们求和，利用数学模型 $V=\frac{1}{3}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(S_{i-1}+S_i+\sqrt{S_{i-1}{S}_i})h_i,$ 就可以算出整个树冠在空间所占有的体积，从而实现在计算机上对树冠三维体积再现。

Images