CN104236529A

CN104236529A - 一种森林观测微型摄影超站仪及其计测方法

Info

Publication number: CN104236529A
Application number: CN201410332408.9A
Authority: CN
Inventors: 冯仲科; 黄晓东; 杨立岩; 高祥; 于景鑫; 郑帆; 刘金成
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明公开了一种森林观测微型摄影超站仪及其计测方法。它集3D数码相机、差分GPS、光电测距仪EDM、粗平水准气泡、红外指示器、角规、MEMS传感器仰角方位角测量仪和相机三脚架于一体，将3D数字摄影测量技术和森林观测技术有效的结合在一起，实现了森林观测中的立木的胸径、树高、任意处直径、树冠直径、冠幅、株数、郁密度等基本测树因子的测量。提高了森林观测中的调查质量和工作效率的问题，减少外出作业的时间。解决了森林测量中存在的数据获取方式复杂，效率低，精度不高的问题，提高了森林测量的准度与精度，为精准林业测量提供了一种数字化模式。

Description

一种森林观测微型摄影超站仪及其计测方法

一、技术领域

本发明涉及一种森林观测的方法，特别是一种森林观测微型摄影超站仪及其计测方法。

二、技术背景

到目前为止，森林罗盘、全站仪和手持式超站仪等传统的森林测量仪器是林分测定中的常用的工具，但这些传统测量仪器在外业实际操作过程中，仍然存在着许多问题，其主要表现在：

①传统的观测工具是比较单一的测量模式，仅仅能进行简单的测量，并且所测量的数据一般需要人工进行纸质记录，出现误差的可能性比较大，内业处理时仍需人工手工录入，操作复杂。

②传统观测工具测量时精度较低，易于产生误差。由于测量模式单一，观测相同目标需多种一起同时测量，所需费用无形之中大大增大成本费用。

③与现有森林观测微型超站仪相比，传统的观测工具效率低，精度差，周期也较长，这与目前森林资源调查不大适应。

因此，在现今森林资源调查与观测中采用那些传统的观测工具不免会显得不合时宜，且容易造成不必要的麻烦，所以本发明通过对传统观测工具进行有效的改进和创新，将手持式超站仪的主要功能与现在流行的3D相机有机的集成在一起，利用近景摄影测量的原理很好地解决了那些传统观测工具所面临的问题。该仪器将传统的将3D数字摄影测量技术和森林观测技术有效的结合在一起，提升了观测精度和观测效率，为森林观测提供了一种新的快速调查的方式。

三、发明内容

为了克服传统的森林测量工具的数据获取方式复杂，效率低，精度不高的问题，提高森林测量的准度与精度，缩短观测周期，本发明的目的是提供一种森林观测的微型摄影超站仪及其计测方法。

本发明的目的是这样实现的：

①集3D数码相机、差分GPS、光电测距仪EDM、粗平水准气泡、红外指示器、角规、MEMS传感器仰角方位角测量仪和相机三脚架于一体。将差分GPS、光电测距仪EDM、粗平水准气泡、红外指示器、角规、MEMS传感器仰角方位角测量仪集成置于3D数码相机之上。通过地面摄影，获取胸径、树高、任意一处直径、树冠直径和株数等测树因子，通过空中低空摄影，获取树冠直径、冠幅、株数和郁密度等测树因子。

②将微型摄影超站仪在拍摄前进行固定，通过调整粗平水准气泡保证仪器水平，使相机外方位元素旋转角φ＝0。

③对准目标树进行拍照观测，通过光电测距仪记录目标点与拍摄点距离L；通过差分GPS记录拍摄点坐标X_S，Y_S，Z_S；通过MEMS记录拍摄时方位角Ω和仰角κ。

④通过②③获取摄影测量中外方位元素φ、Ω、κ、X_S、Y_S、Z_S。根据3D相机所拍摄的3D照片获取3D左右成像的同名点的像素坐标x，y，利用共线方程和空间前方交会解算出空间坐标X，Y，Z。

⑤利用两点间距离公式解算空间距离，空间点坐标根据④获取。实现地面摄影中的胸径、树高、任意一处直径、树冠直径和空中低空摄影中的树冠直径、冠幅的测量。

⑥对固定的微型摄影超站仪以三脚架为中心利用角规进行旋转观测，数出林木株数。此外，本发明与那些传统的观测工具相比，具有以下明显的优势：

①相机外方位元素φ、Ω、κ的实测和摄影点绝对坐标的一体化问题，其中方位角Ω和仰角κ可由MEMS确定，旋转角φ由水准气泡确定，而摄影点绝对坐标X_S、Y_S、Z_S可由差分GPS确定。也就是说摄影测量中所需的这些基础数据是已知的。

②仪器测量的同时可以同时获取3D像片，为内业的后期处理和验证数据提供了视觉基础数据。

③观测成本大大降低，原先需要多种仪器观测得出的数据，现在只需一台微型摄影超站仪就可解决。在相同测量的同时也可节省人力物力，真正做到成本节约化。

四、具体实施方式：

森林观测的微型摄影超站仪及其计测方法与现有方法的不同，具体在于：

集3D数码相机、差分GPS、光电测距仪EDM、粗平水准气泡、红外指示器、角规、MEMS传感器仰角方位角测量仪和相机三脚架于一体。将差分GPS、光电测距仪EDM、粗平水准气泡、红外指示器、角规、MEMS传感器仰角方位角测量仪集成置于3D数码相机之上。

5.1仪器固定

将微型摄影超站仪在拍摄前进行固定，通过调整粗平水准气泡保证仪器水平，使相机外方位元素旋转角φ＝0。

5.2仪器观测

对准目标树进行拍照观测，通过光电测距仪记录目标点与拍摄点距离L；通过差分GPS记录拍摄点坐标X_S，Y_S，Z_S；通过MEMS记录拍摄时方位角Ω和仰角κ。

5.3处理解算

通过获取摄影测量中外方位元素φ、Ω、κ、X_S、Y_S、Z_S。根据3D相机所拍摄的3D照片获取3D左右成像的同名点的像素坐标x，y，利用共线方程和空间前方交会解算出空间坐标X，Y，Z。利用两点间距离公式解算空间距离，空间点坐标通过照片解算获取。实现地面摄影中的胸径、树高、任意一处直径、树冠直径和空中低空摄影中的树冠直径、冠幅的测量。其中林木株数的测定方法为：以固定三脚架为中心，对微型摄影超站仪进行旋转利用角规统计树木株数。

Claims

1.一种森林观测微型摄影超站仪，其特征是：集3D数码相机、差分GPS、光电测距仪EDM、粗平水准气泡、红外指示器、角规、MEMS传感器仰角方位角测量仪和相机三脚架于一体，其中，将差分GPS、光电测距仪EDM、粗平水准气泡、红外指示器、角规、MEMS传感器仰角方位角测量仪集成置于3D数码相机正上方，利用仪器和相机三脚架组装然后对地面摄影，获取胸径、树高、任意一处直径、树冠直径和株数等测树因子，利用小型无人机进行空中低空摄影，获取树冠直径、冠幅、株数和郁密度等测树因子。

2.一种实现权利要求1所述的森林观测微型摄影超站仪的计测方法，其特征是：①将微型摄影超站仪在拍摄前进行固定，通过调整粗平水准气泡保证仪器水平，使3D数码相机外方位元素旋转角φ＝0；②对准目标树进行拍照观测，通过光电测距仪记录目标点与拍摄点倾斜距离L；通过差分GPS记录拍摄点坐标X_S，Y_S，Z_S；通过MEMS记录拍摄时方位角Ω和仰角κ。

3.一种实现权利要求1所述的森林观测微型摄影超站仪的计测方法，其特征是：通过权利要求2获取摄影测量中外方位元素φ、Ω、κ、X_S、Y_S、Z_S。根据3D相机所拍摄的3D照片获取3D左右成像的同名点的像素坐标x，y，利用共线方程和空间前方交会解算出空间坐标X，Y，Z。

4.一种实现权利要求1所述的森林观测微型摄影超站仪的计测方法，其特征是：利用两点间距离公式解算空间距离，空间点坐标根据权利要求3获取。实现权利要求1所述的地面摄影中的胸径、树高、任意一处直径、树冠直径和空中低空摄影中的树冠直径、冠幅的测量。

5.一种实现权利要求1所述的森林观测微型摄影超站仪的计测方法，其特征是：对固定的微型摄影超站仪以三脚架为中心利用角规进行旋转观测，数出林木株数。