CN110579774B - 一种无人机林业资源调查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机林业资源调查方法，包括以下步骤：林场地面扫描建模、区块化扫描和林业资源统计。本发明的林业资源调查方法步骤简单，实用性强，不仅可以满足不同面积大小林木的资源调查，降低人工操作的劳动强度，而且通过单位面积平均后再对整片林场进行计算，使得计算出的数据更接近真实林木的密度数量，测量精度更高，数据更完整可靠。

Description

一种无人机林业资源调查方法
技术领域
本发明涉及一种无人机林业资源调查方法。
背景技术
森林作为陆地上生态系统重要的组成部分，除了能够提供人类大量的林产品及林副产品等物质资源以外，还具有保持水土、防风固沙、涵养水源、净化空气、调节气候等生态功能，森林资源状况以及它的消长变化，不仅对社会经济的持续发展有影响，而且还影响地区甚至全球环境的变化，对于全球和区域的水循环、碳循环以及能量平衡及其重要。
过去森林资源资源调查往往都是依靠人力或者运用航空遥感图像等等方法进行。传统人工及遥感手段进行森林资源调查和经营管理，浪费人力和时间，并且工作量相当大，根本无法获取一些重要的森林林木特征参数。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种无人机林业资源调查方法的技术方案，该林业资源调查方法步骤简单，实用性强，不仅可以满足不同面积大小林木的资源调查，降低人工操作的劳动强度，而且通过单位面积平均后再对整片林场进行计算，使得计算出的数据更接近真实林木的密度数量，测量精度更高，数据更完整可靠。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种无人机林业资源调查方法，其特征在于包括以下步骤：
1)林场地面扫描建模
a、首先选取一架无人机，在无人机上安装CCD相机，并做好扫描前的调试；
b、然后将无人机按设计的飞行路线和方向飞行，并利用CCD相机采用镜头向下的拍摄方式对林场的地面进行连续拍照采集，可以将整片林场的区域面积完整的输入计算机，便于后续进行单位区域的划分，提高林业资源调查的精度；
c、接着通过计算机对无人机传回的照片进行建模，并根据每张照片的地理位置建立整片林场的区域面积，提高测量的精度；
2)区块化扫描
a、首先选取四架尺寸相同的无人机，在每架无人机的底部支架上水平安装横梁，将横梁焊接固定在无人机上，沿着横梁的中点底面上垂直安装支撑柱，并将支撑柱通过加强杆与无人机的底部支架进行固定连接，通过支撑柱可以将滑轨进行定位固定，使激光雷达扫描器在工作时沿水平方向移动，提高树木测量的精度，进而提高单位区域内林木的测量密度；
b、然后将四架无人机两两进行分组，将两架无人机的支撑柱底部之间安装截面为矩形状的滑轨，并备选两个相同尺寸的滑轨，在每个滑轨上分别安装激光雷达扫描器，滑轨的设计便于激光雷达扫描器可以沿着水平方向来回移动，提高扫描的精度，降低了人工测量的劳动强度，同时可以精确的测量林木的密度；
c、接着根据林场的区域面积和滑轨的长度在林场的区域面积上确定测量的单位区域，将两组无人机按设定路线飞行至设定的区域边界上，使无人机和支撑柱的总长度位于树木高度的1/3～2/3之间，此高度的设计便于提高对树木直径的测量精度，便于平均取值更靠近测量的真实值，同时使两组滑轨保持平行，待两组无人机确定位置后，通过人工将剩余的两个备选的滑轨安装至两个支撑柱之间，使四个滑轨形成矩形结构，通过矩形结构的扫描，避免激光雷达扫描器扫描时产生盲区，提高单位区域内林木密度的测量精度；
d、通过启动激光雷达扫描器，使各个激光雷达扫描器沿着相应的滑轨水平移动，实现对单位区域内树木的扫描，在扫描的过程中保证相对的两个激光雷达扫描器同步向同一侧移动，直至将整个单位区域扫描完毕，然后将扫描的数据传回计算机的模型上相应的区域内，当出现局部模糊的情况时，通过激光雷达扫描器进行二次扫描，使最终在计算机的模型上显示的图形清晰完整，提高激光扫描的清晰度；
e、待一个单位区域内的林木扫描完毕后，通过人工拆除两个备选的滑轨，将无人机飞行至下一个单位区域，通过上述步骤进行单位区域内林木数据的采集，直至整个林场的区域面积内的单位区域扫描完毕，不仅操作方便快捷，而且使得测量的精度更高，统计更精确完整；
3)林业资源统计
首先通过每个单位区域内的林木参数计算出单个树木的直径，再根据相应单位区域的面积计算出该单位区域内林木的密度，接着把林场的区域面积内的所有单位区域林木的密度进行平均，最后乘以整个林场的区域面积即可得到该林场区域内的林业资源密度。
该林业资源调查方法步骤简单，实用性强，不仅可以满足不同面积大小林木的资源调查，降低人工操作的劳动强度，而且通过单位面积平均后再对整片林场进行计算，使得计算出的数据更接近真实林木的密度数量，测量精度更高，数据更完整可靠。
进一步，步骤1)过程b中拍摄的照片满足相邻两张照片采集的地面景物无重叠，避免扩大或缩小林场的面积。
进一步，步骤2)过程a中的支撑柱的长度为1～1.5m，此长度的设计可以提高激光雷达扫描器测量的范围，扫描更灵活，精度更高。
进一步，步骤2)过程b中的激光雷达扫描器包括壳体、套环和激光头，激光头连接在壳体一侧的端面中心处，套环固定连接在壳体的底面中心处，壳体的内部设置有蓄电池组、图像处理器、雷达、信号发射器、信号接收器和驱动机构，蓄电池组分别与图像处理器、雷达、信号发射器、信号接收器和驱动机构电性连接，信号发射器和信号接收器连接有天线，壳体通过套环连接在滑轨上，使激光雷达扫描器在水平移动时更稳定可靠，减小移动过程中的晃动，激光头将扫描的图像储存在图像处理器中并通过信号发射器和天线输送至计算机，雷达可以将实时地理位置发送至信号发射器中并通过信号发射器和天线发送至计算机，信号接收器便于将计算机回馈的信号作用于各个部分，蓄电池组可以为整个激光雷达扫描器的正常运转提供电能，驱动机构可以带动整个激光扫描器沿着滑轨来回移动，满足设定范围内对林木的扫描。
进一步，套环上设置有卡槽，卡槽与滑轨相匹配，滑槽的两侧面和底面上均设置有辅助轮，辅助轮抵住滑轨的侧面，辅助轮可以对整个壳体起到支撑定位的作用，减小套环在移动时与滑轨之间的摩擦力。
进一步，驱动机构包括电机和驱动轮，电机通过锥齿轮组连接驱动轮，驱动轮位于壳体的底面中心处，且驱动轮抵住滑轨的顶面，电机为同步电机，通过同步电机可以带动锥齿轮组旋转，进而带动驱动轮转动，实现整个激光雷达扫描器的来回移动。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
1、该林业资源调查方法步骤简单，实用性强，不仅可以满足不同面积大小林木的资源调查，降低人工操作的劳动强度，而且通过单位面积平均后再对整片林场进行计算，使得计算出的数据更接近真实林木的密度数量，测量精度更高，数据更完整可靠。
2、壳体通过套环连接在滑轨上，使激光雷达扫描器在水平移动时更稳定可靠，减小移动过程中的晃动，激光头将扫描的图像储存在图像处理器中并通过信号发射器和天线输送至计算机，雷达可以将实时地理位置发送至信号发射器中并通过信号发射器和天线发送至计算机，信号接收器便于将计算机回馈的信号作用于各个部分，蓄电池组可以为整个激光雷达扫描器的正常运转提供电能，驱动机构可以带动整个激光扫描器沿着滑轨来回移动，满足设定范围内对林木的扫描。
3、辅助轮可以对整个壳体起到支撑定位的作用，减小套环在移动时与滑轨之间的摩擦力。
4、通过同步电机可以带动锥齿轮组旋转，进而带动驱动轮转动，实现整个激光雷达扫描器的来回移动。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种无人机林业资源调查方法中无人机之间的连接示意图；
图2为本发明中激光雷达扫描器的结构示意图；
图3为本发明中支撑柱与无人机之间的连接示意图；
图4为本发明中林场中单位区域的扫描示意图。
图中：1-无人机；2-支撑柱；3-滑轨；4-激光雷达扫描器；5-壳体；6-激光头；7-图像处理器；8-蓄电池组；9-雷达；10-信号发射器；11-信号接收器；12-天线；13-电机；14-驱动轮；15-套环；16-卡槽；17-辅助轮；18-横梁；19-加强杆。
具体实施方式
如图1至图4所示，为本发明一种无人机林业资源调查方法，包括以下步骤：
1)林场地面扫描建模
a、首先选取一架无人机1，在无人机1上安装CCD相机，并做好扫描前的调试；
b、然后将无人机1按设计的飞行路线和方向飞行，并利用CCD相机采用镜头向下的拍摄方式对林场的地面进行连续拍照采集，可以将整片林场的区域面积完整的输入计算机，便于后续进行单位区域的划分，提高林业资源调查的精度，拍摄的照片满足相邻两张照片采集的地面景物无重叠，避免扩大或缩小林场的面积；
c、接着通过计算机对无人机1传回的照片进行建模，并根据每张照片的地理位置建立整片林场的区域面积，提高测量的精度；
2)区块化扫描
a、首先选取四架尺寸相同的无人机1，在每架无人机1的底部支架上水平安装横梁18，将横梁18焊接固定在无人机1上，沿着横梁18的中点底面上垂直安装支撑柱2，并将支撑柱2通过加强杆19与无人机1的底部支架进行固定连接，通过支撑柱2可以将滑轨3进行定位固定，使激光雷达扫描器4在工作时沿水平方向移动，提高树木测量的精度，进而提高单位区域内林木的测量密度，支撑柱2的长度为1～1.5m，此长度的设计可以提高激光雷达扫描器4测量的范围，扫描更灵活，精度更高；
b、然后将四架无人机1两两进行分组，将两架无人机1的支撑柱2底部之间安装截面为矩形状的滑轨3，并备选两个相同尺寸的滑轨3，在每个滑轨3上分别安装激光雷达扫描器4，滑轨3的设计便于激光雷达扫描器4可以沿着水平方向来回移动，提高扫描的精度，降低了人工测量的劳动强度，同时可以精确的测量林木的密度；
激光雷达扫描器4包括壳体5、套环15和激光头6，激光头6连接在壳体5一侧的端面中心处，套环15固定连接在壳体5的底面中心处，壳体5的内部设置有蓄电池组8、图像处理器7、雷达9、信号发射器10、信号接收器11和驱动机构，蓄电池组8分别与图像处理器7、雷达9、信号发射器10、信号接收器11和驱动机构电性连接，信号发射器10和信号接收器11连接有天线12，壳体5通过套环15连接在滑轨3上，使激光雷达扫描器4在水平移动时更稳定可靠，减小移动过程中的晃动，激光头6将扫描的图像储存在图像处理器7中并通过信号发射器10和天线12输送至计算机，雷达9可以将实时地理位置发送至信号发射器10中并通过信号发射器10和天线12发送至计算机，信号接收器11便于将计算机回馈的信号作用于各个部分，蓄电池组8可以为整个激光雷达扫描器4的正常运转提供电能，驱动机构可以带动整个激光扫描器沿着滑轨3来回移动，满足设定范围内对林木的扫描。
套环15上设置有卡槽16，卡槽16与滑轨3相匹配，滑槽的两侧面和底面上均设置有辅助轮17，辅助轮17抵住滑轨3的侧面，辅助轮17可以对整个壳体5起到支撑定位的作用，减小套环15在移动时与滑轨3之间的摩擦力。
驱动机构包括电机13和驱动轮14，电机13通过锥齿轮组连接驱动轮14，驱动轮14位于壳体5的底面中心处，且驱动轮14抵住滑轨3的顶面，电机13为同步电机13，通过同步电机13可以带动锥齿轮组旋转，进而带动驱动轮14转动，实现整个激光雷达扫描器4的来回移动。
c、接着根据林场的区域面积和滑轨3的长度在林场的区域面积上确定测量的单位区域，将两组无人机1按设定路线飞行至设定的区域边界上，使无人机1和支撑柱2的总长度位于树木高度的1/3～2/3之间，此高度的设计便于提高对树木直径的测量精度，便于平均取值更靠近测量的真实值，同时使两组滑轨3保持平行，待两组无人机1确定位置后，通过人工将剩余的两个备选的滑轨3安装至两个支撑柱2之间，使四个滑轨3形成矩形结构，通过矩形结构的扫描，避免激光雷达扫描器4扫描时产生盲区，提高单位区域内林木密度的测量精度；
d、通过启动激光雷达扫描器4，使各个激光雷达扫描器4沿着相应的滑轨3水平移动，实现对单位区域内树木的扫描，在扫描的过程中保证相对的两个激光雷达扫描器4同步向同一侧移动，直至将整个单位区域扫描完毕，然后将扫描的数据传回计算机的模型上相应的区域内，当出现局部模糊的情况时，通过激光雷达扫描器4进行二次扫描，使最终在计算机的模型上显示的图形清晰完整，提高激光扫描的清晰度；
e、待一个单位区域内的林木扫描完毕后，通过人工拆除两个备选的滑轨3，将无人机1飞行至下一个单位区域，通过上述步骤进行单位区域内林木数据的采集，直至整个林场的区域面积内的单位区域扫描完毕，不仅操作方便快捷，而且使得测量的精度更高，统计更精确完整；
3)林业资源统计
首先通过每个单位区域内的林木参数计算出单个树木的直径，再根据相应单位区域的面积计算出该单位区域内林木的密度，接着把林场的区域面积内的所有单位区域林木的密度进行平均，最后乘以整个林场的区域面积即可得到该林场区域内的林业资源密度。
该林业资源调查方法步骤简单，实用性强，不仅可以满足不同面积大小林木的资源调查，降低人工操作的劳动强度，而且通过单位面积平均后再对整片林场进行计算，使得计算出的数据更接近真实林木的密度数量，测量精度更高，数据更完整可靠。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种无人机林业资源调查方法，其特征在于包括以下步骤：
1)林场地面扫描建模
a、首先选取一架无人机，在无人机上安装CCD相机，并做好扫描前的调试；
b、然后将无人机按设计的飞行路线和方向飞行，并利用CCD相机采用镜头向下的拍摄方式对林场的地面进行连续拍照采集；
c、接着通过计算机对无人机传回的照片进行建模，并根据每张照片的地理位置建立整片林场的区域面积；
2)区块化扫描
a、首先选取四架尺寸相同的无人机，在每架无人机的底部支架上水平安装横梁，将横梁焊接固定在无人机上，沿着横梁的中点底面上垂直安装支撑柱，并将支撑柱通过加强杆与无人机的底部支架进行固定连接；
b、然后将四架无人机两两进行分组，将两架无人机的支撑柱底部之间安装截面为矩形状的滑轨，并备选两个相同尺寸的滑轨，在每个滑轨上分别安装激光雷达扫描器；
c、接着根据林场的区域面积和滑轨的长度在林场的区域面积上确定测量的单位区域，将两组无人机按设定路线飞行至设定的区域边界上，使无人机和支撑柱的总长度位于树木高度的1/3～2/3之间，同时使两组滑轨保持平行，待两组无人机确定位置后，通过人工将剩余的两个备选的滑轨安装至两个支撑柱之间，使四个滑轨形成矩形结构；
d、通过启动激光雷达扫描器，使各个激光雷达扫描器沿着相应的滑轨水平移动，实现对单位区域内树木的扫描，在扫描的过程中保证相对的两个激光雷达扫描器同步向同一侧移动，直至将整个单位区域扫描完毕，然后将扫描的数据传回计算机的模型上相应的区域内，当出现局部模糊的情况时，通过激光雷达扫描器进行二次扫描，使最终在计算机的模型上显示的图形清晰完整；
e、待一个单位区域内的林木扫描完毕后，通过人工拆除两个备选的滑轨，将无人机飞行至下一个单位区域，通过上述步骤进行单位区域内林木数据的采集，直至整个林场的区域面积内的单位区域扫描完毕；
3)林业资源统计
首先通过每个单位区域内的林木参数计算出单个树木的直径，再根据相应单位区域的面积计算出该单位区域内林木的密度，接着把林场的区域面积内的所有单位区域林木的密度进行平均，最后乘以整个林场的区域面积即可得到该林场区域内的林业资源密度。
2.根据权利要求1所述的一种无人机林业资源调查方法，其特征在于：步骤1)过程b中拍摄的照片满足相邻两张照片采集的地面景物无重叠。
3.根据权利要求1所述的一种无人机林业资源调查方法，其特征在于：步骤2)过程a中的支撑柱的长度为1～1.5m。
4.根据权利要求1所述的一种无人机林业资源调查方法，其特征在于：步骤2)过程b中的所述激光雷达扫描器包括壳体、套环和激光头，所述激光头连接在所述壳体一侧的端面中心处，所述套环固定连接在所述壳体的底面中心处，所述壳体的内部设置有蓄电池组、图像处理器、雷达、信号发射器、信号接收器和驱动机构，所述蓄电池组分别与所述图像处理器、所述雷达、所述信号发射器、所述信号接收器和所述驱动机构电性连接，所述信号发射器和所述信号接收器连接有天线。
5.根据权利要求4所述的一种无人机林业资源调查方法，其特征在于：所述套环上设置有卡槽，所述卡槽与所述滑轨相匹配，所述卡槽的两侧面和底面上均设置有辅助轮，所述辅助轮抵住所述滑轨的侧面。
6.根据权利要求4所述的一种无人机林业资源调查方法，其特征在于：所述驱动机构包括电机和驱动轮，所述电机通过锥齿轮组连接所述驱动轮，所述驱动轮位于所述壳体的底面中心处，且所述驱动轮抵住所述滑轨的顶面。
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