CN104634322A - 一种森林固定样地无人机倾斜摄影技术方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种森林固定样地无人机倾斜摄影技术方法。该发明是利用无人机倾斜摄影技术，针对森林固定样地的三种不同地形(平地、上坡向地和下坡向地)，建立无人机两次摄影点间的基线长B、无人机从起飞地点算起的飞行高度H、无人机倾斜摄影角度ω、无人机的相机拍摄视场角β以及森林固定样地的边长a之间的几何方案关系，由此分别设计不同地形情况的最优飞行方案。然后可以依此为基础，测量获取森林样地各种参数，最终求得森林中的生物量和蓄积量。

Description

一种森林固定样地无人机倾斜摄影技术方法

一、技术领域

本发明涉及一种森林固定样地调查中样木测量和三维建模的数据获取方法，特别是一种无人机森林固定样地倾斜摄影的技术方法。

二、技术背景

传统的森林固定样地调查所采用的方法，主要是结合人工地面定期实测与航空遥感和航天卫星遥感进行森林资源协助调查，还有就是目前采用采用的无人机航拍正直摄影方法，但上述技术方法在实际操作实践中存在着明显的缺点和不足：

①利用地面样地进行定期实测，需要投入大量的人力物力，成本高，工作强度大，且测量周期长，尤其是对于突发性的林火灾害，难以开展调查。

②利用普通的载人航空遥感由于需要转场等诸多环节，费用比较高，安全性差，难以经常性开展。

③采用航天卫星遥感监测时，由于传感器在云层之上，影像清晰度受云层影响较大，高分辨率的遥感卫星都是商业卫星发射，影像价格昂贵，重访周期固定，获取特定时间特点地点的影像困难。

④利用无人机正直摄影技术观测森林样地，一般只能获取到树冠信息，而求算生物量和蓄积量的树木参数信息难以获取，这对森林固定样地的测量意义不大。

所以在森林资源调查过程中，采用传统的地面样地定期实测、载人航空遥感和航天卫星遥感技术以及无人机正直摄影技术时，存在着诸多问题。为了克服上述森林固定样地调查中出现的缺点和不足，本发明提出了一种无人机森林固定样地倾斜摄影技术方法。

三、发明内容

为了克服传统的地面样地定期实测、载人航空遥感和航天卫星遥感技术以及无人机正直摄影技术获取森林固定样地信息中存在的不足和缺点，本发明提出的是一种无人机森林固定样地倾斜摄影技术方法。

本发明的目的是这样实现的：

1.利用无人机摄影技术，将无人机倾斜摄影技术应用在森林固定样地测量中；然后，根据固定样地的大小，合理确定无人机倾斜摄影方案，进而求得森林样地的参数，最终求得森林中的生物量和蓄积量。

2.由于森林固定样地的地形不同，可以将其划分为三类：平地、上坡向地和下坡向地。针对森林样地的这三种不同地形，我们采取了不同的摄影方案，实现了森林固定样地的全面无人机摄影信息提取。①森林固定样地是平地时，我们可以利用几何关系，建立B、H、ω、β和待测样地边长a之间的函数关系，即： ②森林固定样地是倾角为δ的上坡向时，我们利用几何关系，建立B、H、ω、β和待测样地边长a之间的函数关系，即：③森林固定样地是倾角为δ的下坡向时，我们利用几何关系，建立B、H、ω、β和待测样地边长a之间的函数关系，即：其中，B为无人机两次摄影的基线长，H为无人机飞行高度，ω为无人机倾斜摄影角度，β为无人机的相机拍摄视场角，a为森林固定样地的边长。

本项发明与现有方法比具有以下优点：

①通过无人机进行倾斜摄影，能够实现实时观测，减少了人为工作量，提高了森林固定样地的调查效率，使森林调查的数据更加准确；

②相对于航空和航天遥感来说，无人机摄影技术成本要低得多，且易操作，容易获取，更适合小范围的准确测量；

③通过无人机倾斜摄影测量技术，它克服了传统航摄技术只能从垂直角度拍摄的局限，不仅可以获取森林的正射影像，而且还可以获取森林的侧面信息，具有全面立体覆盖的特点，可以实现固定样地森林密集区的无死角拍摄；

④从不同角度进行拍摄，能够地反映地物真实情况，数据更容易目视解译和森林三维建模。

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为无人机森林固定样地为平地时的倾斜摄影示意图；

图2为无人机森林固定样地为上坡向时的倾斜摄影示意图；

图3为无人机森林固定样地为下坡向时的倾斜摄影示意图。

五、具体实施方式

无人机森林固定样地倾斜摄影技术方案与现有的森林固定样地的观测技术相比，有很大的改进，具体为：

1)提供一种无人机森林固定样地倾斜摄影技术方案：利用无人机摄影技术，将无人机倾斜摄影技术应用在森林固定样地测量中，然后，根据固定样地的大小，合理确定无人机倾斜摄影方案，建立无人机飞行参数(包括无人机两次摄影的基线长B、无人机飞行高度H、无人机倾斜摄影角度ω、无人机的相机拍摄视场角β以及森林固定样地的边长a)的几何关系，进而求得森林样地的参数(包括胸径D、树高H、材积V等)，最终求得森林中的生物量和蓄积量。

2)当待测森林固定样地是平地时，如图1所示，我们可以由此建立森林的平地倾斜摄影方案；然后，我们可以利用几何关系，建立无人机两次摄影的基线长B、无人机飞行高度H、无人机倾斜摄影角度ω以及无人机的相机拍摄视场角β之间的联系；最后，由于森林固定样地的待测面积单位一般为666.667m²，我们可以结合前边形成的几何关系建立无人机森林样地观测的最佳飞行方案，各参数满足以下关系：

3)当待测森林固定样地是倾角为δ的上坡向时，如图2所示，我们可以由此建立森林样地上坡向倾斜摄影方案；然后，我们利用几何关系，建立B、H、ω、β和待测样地边长a之间的函数关系，即：确定森林固定样地地形为上坡向时的最佳倾斜摄影方案。

4)当待测森林固定样地是倾角为δ的下坡向时，如图3所示，我们可以由此建立森林样地下坡向倾斜摄影方案；然后，利用几何关系，建立B、H、ω、β和待测样地边长a之间的函数关系，即：确定森林固定样地地形为下坡向时的最佳倾斜摄影方案。

Claims (4)

1.一种森林固定样地无人机倾斜摄影技术方法，其特征是：利用无人机摄影技术，将无人机倾斜摄影技术应用在森林固定样地测量中，然后，根据固定样地的大小，合理确定无人机倾斜摄影方案，进而求得森林样地的参数，最终求得森林中的生物量和蓄积量。

2.根据权利要求1一种森林固定样地无人机倾斜摄影技术方法，其特征是：当待测森林固定样地是平地时，我们可以由此建立森林的平地倾斜摄影方案；然后，我们可以利用几何关系，建立无人机两次摄影的基线长B、无人机飞行高度H、无人机倾斜摄影角度ω以及无人机的相机拍摄视场角β之间的联系；最后，由于森林样地的待测单位一般为666.667m²，我们可以结合前边形成的几何关系建立无人机森林样地观测的最佳飞行方案，各参数满足以下关系：其中，B为无人机两次摄影的基线长，H为无人机飞行高度，ω为无人机倾斜摄影角度，β为无人机的相机拍摄视场角，a为森林固定样地的边长。

3.根据权利要求1一种森林固定样地无人机倾斜摄影技术方法，其特征是：当待测森林固定样地是倾角为6的上坡向时，我们可以由此建立森林样地上坡向倾斜摄影方案；然后，利用几何关系，建立B、H、ω、β和待测样地边长a之间的函数关系，即：

$0<B\&le;[\frac{H\cos (\mathrm{\&omega;}-\frac{\mathrm{\&beta;}}{2})}{\sin (\mathrm{\&omega;}-\frac{\mathrm{\&beta;}}{2}+\mathrm{\&delta;})}-\frac{H\cos (\mathrm{\&omega;}+\frac{\mathrm{\&beta;}}{2})}{\sin (\mathrm{\&omega;}+\frac{\mathrm{\&beta;}}{2}+\mathrm{\&delta;})}-a]\cos \mathrm{\&delta;}.$

4.根据权利要求1一种森林固定样地无人机倾斜摄影技术方法，其特征是：当待测森林固定样地是倾角为6的下坡向时，我们可以由此建立森林样地下坡向倾斜摄影方案；然后，利用几何关系，建立B、H、ω、β和待测样地边长a之间的函数关系，即：

$0<B\&le;[\frac{H\cos (\mathrm{\&omega;}-\frac{\mathrm{\&beta;}}{2})}{\sin (\mathrm{\&omega;}-\frac{\mathrm{\&beta;}}{2}-\mathrm{\&delta;})}-\frac{H\cos (\mathrm{\&omega;}+\frac{\mathrm{\&beta;}}{2})}{\sin (\mathrm{\&omega;}+\frac{\mathrm{\&beta;}}{2}-\mathrm{\&delta;})}-a]\cos \mathrm{\&delta;}.$