CN107462224A - 一种普通手机任意摄影测定扇形样地林分蓄积的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种普通手机任意摄影测定扇形样地林分蓄积的方法，其特征是利用普通手机对样地某一区域(区域内设立一个竖直花杆)进行近似于正直上下摄影，获取某一扇形区域的图像，通过图像中的竖直花杆，解算出摄影的焦距f，并通过双片确定图像的视差Δq_i和摄影平移量h。利用各同名点计算出拍摄区域内所有立木的胸径、树高处的点坐标，然后求出立木的胸径、树高、树心坐标，根据距离的远近计算分析出林分的蓄积量。

Description

一种普通手机任意摄影测定扇形样地林分蓄积的方法

一、技术领域

本发明涉及一种普通手机任意摄影测定扇形样地林分蓄积的方法，特别是一种基于普通手机进行任意像对摄影获取待测样地蓄积的方法。

二、技术背景

蓄积是鉴定森林数量的主要指标。单位面积蓄积的大小标志着林地生产力的高低及经营措施的效果。另外，在森林资源中，经济利用价值最大的仍是木材资源。因此，林分蓄积的测定是林分调查主要目的之一，它为森林经营和采伐利用提供重要的数量依据。

林分蓄积的测定方法很多，可概分为实测法与目测法两大类。实测法又可分为全林实测和局部实测。在实际工作中，全林实测法费时费工，仅在林分面积小的伐区调查和科学实验等特殊需要的情况下才采用。在营林工作中最常用的是局部实测法，即根据调查目的采用典型选样的标准砸进行实测，然后按面积比例扩大推算全林分的蓄积。对复层、混交、异龄林分，应分别林层、树种、年龄世代、起源，进行实测计算。对极端复杂的热带雨林的调查方法需根据要求而定。实测确定林分蓄积的方法又可分为标准木法、数表法等，目测法可以用测树仪器和测树数表作辅助手段进行估算林分蓄积，或根据经验直接目测。

三、发明内容

随着普通数码相机、手机等数码产品的应用越来越广泛，一种利用手机进行调查的方法越来越急迫，基于手机获取图像的特点，提出了一种普通手机任意摄影测定扇形样地林分蓄积的方法

主要发明内容：

利用普通手机对样地某一区域(区域内设立一个竖直花杆)进行近似于正直上下摄影，获取某一扇形区域的图像，通过图像中的竖直花杆，解算出摄影的焦距f，并通过双片确定图像的视差Δq_i和摄影平移量h。利用各同名点计算出拍摄区域内所有立木的胸径、树高处的点坐标，然后求出立木的胸径、树高、树心坐标，根据距离的远近计算分析出林分的蓄积量。

本项发明与现有方法相比具有以下优点：

(1)利用手机可以快速便捷的实现样地的调查采集，降低外业劳动成本。

(2)提出一种新的实现样地调查蓄积的方法，具有良好的应用和推广性。

四、具体实施方式：

一种普通手机任意摄影测定扇形样地林分蓄积的方法与现有方法的不同，具体在于：

1)定焦f的测算，利用普通手机在S₁处进行任意摄影，然后将手机在S₂处进行任意摄影，原则上尽量保证S₂点在S₁点的正上方，且具有一段平移量h，并保证拍摄区域内同时一根定 长花杆，花杆杆长均为l。在S₁点处建立空间直角坐标系，S₁的摄影中心点为坐标原点，以S₁处拍摄照片的主光轴的反方向为Y方向，相片所在平面的水平方向为X轴方向，垂直方向为Z方向。首先利用两张像片上同名点所对应像素坐标确定双片的视差Δq_i＝|v_1i-v_2i|，利用数学模型确定平移量h。式中Δv为在S₁拍摄的像片上定长花杆所对应的像素纵坐标的差值。利用数学模型可通过确定花杆距拍摄点S₁的距离D来确定普通手机的摄影焦距f，Y_i的值为D。

2)单株立木的胸径、树高、树心坐标的测量。基于拍摄为上下正直摄影，以S₁为基准坐标系，则空间点A(X_A，Y_A，Z_A)在S₁点获得图像所对应的像点坐标a₁为(x₁，y₁，-f₁)，在S₂点获得图像所对应的像点坐标a₂为(x₂，y₂，-f₂)，对应转化成像素坐标即为(u₁，v₁)和(u₂，v₂)，利用数学模型计算胸径，利用数学模型 计算树高。式中，Δu表示在S₁拍摄的像片上胸径处的横坐标的差值，Δv表示在S₁拍摄的像片上树高处的纵坐标的差值。利用数学模型可计算树心坐标，其中，(X_i，Y_i，Z_i)为任意点在S₁坐标系中的物方坐标，(u_i，v_i)为任意点在S₁坐标系中的像方坐标。

3)扇形圆心角θ的确定，通过S₁位置获取的像片确定所拍摄区域的圆心角θ，假设拍摄获取的像片的像素大小M×N，M为像片中水平面所在的宽幅，f₁为计算出的S₁位置的像片的摄影时焦距，利用数学模型θ＝2arctan(M/2f₁)。

4)林分蓄积的测算方法，在S₁的坐标系下，任意一株立木的中心坐标可通过测量胸径值时确定为(X_i，Y_i，Z_i)，任意一株立木与摄影位置的距离为R_i，并依此记录下立木编号、立木树种、立木胸径，中心坐标，距离R_i。利用数学模型(株/ha)可计算林分密度，数学模型可计算林分平均径阶，数学模型(m³/ha)可计算林分蓄积。式中，R_n和d_n为测量距离最远的第n株立木的距离和胸径值；f_j为针阔叶的实验形数，θ为照片所拍摄形成的圆心角，H表示立木的平均树高。

Claims (1)

1.一种普通手机任意摄影测定扇形样地林分蓄积的方法，其特征是：利用普通手机对样地某一区域(区域内设立一个竖直花杆)进行近似于正直上下摄影，获取某一扇形区域的图像，通过图像中的竖直花杆，解算出摄影的焦距f，并通过双片确定图像的视差Δq_i和摄影平移量h。利用各同名点计算出拍摄区域内所有立木的胸径、树高处的点坐标，然后求出立木的胸径、树高、树心坐标，根据距离的远近计算分析出林分的蓄积量。其具体如下：①定焦f的测算，利用普通手机在S₁处进行任意摄影，然后将手机在S₂处进行任意摄影，原则上尽量保证S₂点在S₁点的正上方，且具有一段平移量h，并保证拍摄区域内同时一根定长花杆，花杆杆长均为l。在S₁点处建立空间直角坐标系，S₁的摄影中心点为坐标原点，以S₁处拍摄照片的主光轴的反方向为Y方向，相片所在平面的水平方向为X轴方向，垂直方向为Z方向。首先利用两张像片上同名点所对应像素坐标确定双片的视差Δq_i＝|v_1i-v_2i|，利用数学模型确定平移量h。式中Δv为在S₁拍摄的像片上定长花杆所对应的像素纵坐标的差值。利用数学模型可通过确定花杆距拍摄点S₁的距离D来确定普通手机的摄影焦距f，Y_i的值为D。②单株立木的胸径、树高、树心坐标的测量。基于拍摄为上下正直摄影，以S₁为基准坐标系，则空间点A(X_A，Y_A，Z_A)在S₁点获得图像所对应的像点坐标a₁为(x₁，y₁，-f₁)，在S₂点获得图像所对应的像点坐标a₂为(x₂，y₂，-f₂)，对应转化成像素坐标即为(u₁，v₁)和(u₂，v₂)，利用数学模型 计算胸径，利用数学模型计算树高。式中，Δu表示在S₁ 拍摄的像片上胸径处的横坐标的差值，Δv表示在S₁拍摄的像片上树高处的纵坐标的差值。利用数学模型可计算树心坐标，其中，(X_i，Y_i，Z_i)为任意点在S₁坐标系中的物方坐标，(u_i，v_i)为任意点在S₁坐标系中的像方坐标。③扇形圆心角θ的确定，通过S₁位置获取的像片确定所拍摄区域的圆心角θ，假设拍摄获取的像片的像素大小M×N，M为像片中水平面所在的宽幅，f₁为计算出的S₁位置的像片的摄影时焦距，利用数学模型θ＝2arctan(M/2f₁)。④林分蓄积的测算方法，在S₁的坐标系下，任意一株立木的中心坐标可通过测量胸径值时确定为(X_i，Y_i，Z_i)，任意一株立木与摄影位置的距离为R_i，并依此记录下立木编号、立木树种、立木胸径，中心坐标，距离R_i。利用数学模型(株/ha)可计算林分密度，数学模型可计算林分平均径阶，数学模型可计算林分蓄积。式中，R_n和d_n为测量距离最远的第n株立木的距离和胸径值；f_j为针阔叶的实验形数，θ为照片所拍摄形成的圆心角，H表示立木的平均树高。