CN111336933A - 一种应用无人机拍摄的树木检测方法 - Google Patents

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林什全
刘万山
艾彩霞
洪梦颖
姜小路
朱运才
曹宇
李毅
刘吉善
石敏鸿
梁任重
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Abstract

本发明公开了一种应用无人机拍摄的树木检测方法，包括以下步骤：a.利用无人机飞行至目标树木外围；b.将无人机当前的离地高度停留在hn，同时利用红外线测距设备测量无人机与目标树木的树顶的直线距离an并记录无人机与目标树木树顶之间的仰角θn；c.对目标树木进行拍照获得原始图像；d.移动无人机位置并重复步骤b以及步骤c直以进行多位点测量，直至无人机完成对目标树木的全貌拍摄；e.计算目标树木的高度H；f.根据步骤e中获得的的高度H计算目标树木的胸径D。

Description

一种应用无人机拍摄的树木检测方法
技术领域
本发明涉及植物检测技术领域，尤其涉及一种应用无人机拍摄的树木检测方法。
背景技术
在开展林业管理工作中需要对区域内的树木进行相关检测调研，一般需要对树木的高度、胸径以及冠幅等参数进行测量计算。现有技术通常需要工作人员到现场利用红外测距仪以及其它测量设备对树木进行实地检测。而然在野外的环境中，树木有时会生长在人员难以到达的地形上，对调研工作带来不便，甚至会危及工作人员的人身安全。此外，环境地势不平整也会对红外测距仪等仪器的使用带来影响，造成测量数据不精确等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可适用于多种复杂地形的应用无人机拍摄的树木检测方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种应用无人机拍摄的树木检测方法，包括以下步骤：
a.利用无人机飞行至目标树木外围；
b.将无人机当前的离地高度停留在hn，同时利用红外线测距设备测量无人机与目标树木的树顶的直线距离an并记录无人机与目标树木树顶之间的仰角θn；
c.对目标树木进行拍照获得原始图像；
d.移动无人机位置并重复步骤b以及步骤c直以进行多位点测量，直至无人机完成对目标树木的全貌拍摄；
e.计算目标树木的高度H，其计算过程如下：
首先利用公式Hn＝an·sinθ+hn计算各组数据获得Hn；
随后利用公式
Figure BDA0002117004520000011
计算各Hn的平均值获得目标树木的高度H；
f.根据步骤e中获得的的高度H计算目标树木的胸径D。
优选地，计算目标树木的胸径的方式如下：对无人机拍照获得的原始图像进行拼接获得包含目标树木全貌的全貌图像；量度目标树木在全貌图像内的高度Hpicture(n)并与所述步骤e中获得的高度H进行比较求出该全貌图像的比例尺1:(H/Hpicture(n))；根据比例尺找出所述全貌图像内目标树木的胸高位置并量度目标树木在该全貌图像内的胸径Dpicture(n)，通过公式
Figure BDA0002117004520000021
计算Dn；随后利用公式
Figure BDA0002117004520000022
计算各Dn的平均值获得胸径D。
优选地，计算目标树木的胸径的方式如下：在所述步骤b中设定无人机的离地高度hn与目标树木的胸高相等，同时利用无人机携带的红外线测距设备测量无人机与目标树木之间当前的水平距离bn、无人机与目标树木的树顶的直线距离an并记录无人机与目标树木树顶之间的仰角θn，此外无人机在多位点测量时其离地高度hn保持与目标树木的胸高相等；利用公式
Figure BDA0002117004520000023
计算Dn；随后利用公式
Figure BDA0002117004520000024
计算各Dn的平均值获得胸径D。
优选地，对所述hn、an、bn以及θn进行记录时，系统同步记录当前时间，系统通过匹配hn、an、bn以及θn的记录时间将同一时间节点内记录的hn、an、bn以及θn分配至同一组记录数据中。
优选地，对所述hn、an、bn以及θn进行记录时，系统同步记录当前时间，系统通过匹配hn、an、bn以及θn的记录时间将同一时间节点内记录的hn、an、bn以及θn分配至同一组记录数据中。
优选地，所述无人机在进行多位点测量时，无人机等间隔垂直升降。
优选地，还包括计算目标树木冠幅P的方法，其计算方式如下，量度目标树木在所述全貌图像内的冠幅Ppicture(n)，通过公式
Figure BDA0002117004520000025
计算目标树木冠幅Po。
优选地，所述无人机在进行多位点测量时,无人机环绕目标树木移动位置并最终合成多幅分别显示目标树木不同角度的全貌图像；量度各所述全貌图像的冠幅Ppicture(n)并通过公式
Figure BDA0002117004520000026
计算Pn；随后利用公式
Figure BDA0002117004520000027
计算各Pn的平均值获得准确的冠幅P。
本发明的有益效果是：本发明的方法采用无人机对目标树木进行测量并利用其测量结果对目标树木的参数进行计算获得比较准确的结果，由于无人机可轻易飞行至测量人员难以到达的地形，同时无视周边地势平整度对测量结果的干扰，因此可突破测量的地形限制从而提高测量的准确性以及效率，并减小了测量人员进行现场测量的安全风险。
附图说明
图1为本发明的测量示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对本发明所要求保护的技术方案作进一步详细说明。
实施例一
参见图1所示，在本实施例中，应用无人机拍摄的树木检测方法，包括以下步骤：
a.利用无人机飞行至目标树木外围。
b.将无人机当前的离地高度停留在hn，同时利用红外线测距设备测量无人机与目标树木的树顶的直线距离an并记录无人机与目标树木树顶之间的仰角θn，在本实施例中无人机的红外线测距设备角度可调并且其调节角度可通过远程控制使红外线测距设备能瞄准目标树木的树顶，同时能对红外线测距设备调节角度进行记录以获得仰角θn的数值。
c.对目标树木进行拍照获得原始图像。
d.移动无人机位置并重复步骤b以及步骤c直以进行多位点测量，直至无人机完成对目标树木的全貌拍摄。在本实施例中，为了减小无人机镜头畸变的影响以及降低后续图像拼接的难度，无人机移动时会先进行等间隔垂直升降并同时进行拍摄和测量，从而完整拍摄目标树木同一侧面上的原始图像以及测量数据；随后无人机环绕目标树木移动一端距离后等间隔垂直升降并重复上述过程从而完整拍摄目标树木在另一侧面上的原始图像以及测量数据；最终无人机环绕目标树木一周并完整拍摄目标树木多个侧面的原始图像以及测量数据。
此外，对所述hn、an以及θn进行记录时，系统同步记录当前时间，系统通过匹配hn、an以及θn的记录时间将同一时间节点内记录的hn、an以及θn分配至同一组记录数据中。
e.计算目标树木的高度H，其计算过程如下：
首先利用公式Hn＝an·sinθ+hn计算各组数据获得Hn；
随后利用公式
Figure BDA0002117004520000031
计算各Hn的平均值获得目标树木的高度H；
f.根据步骤e中获得的的高度H计算目标树木的胸径D，具体地，对无人机拍照获得的原始图像进行拼接获得包含目标树木全貌的全貌图像，其中在拼接同一全貌图像时，采用无人机在同一垂直轨迹上获得的原始图像进行拼接以降低拼接难度以及图像畸变的影响；通过以上方式获得多幅全貌图像，每一全貌图像均分别展示目标树木全貌不同角度下的全貌。
然后量度目标树木在该全貌图像内的高度Hpicture(n)并与所述步骤e中获得的高度H进行比较求出该全貌图像的比例尺1:(H/Hpicture(n))；根据比例尺找出所述全貌图像内目标树木的胸高位置并量度目标树木在该全貌图像内的胸径Dpicture(n)，通过公式
Figure BDA0002117004520000041
计算Dn，其中Dn为利用各全貌图像分别求得的胸径，随后利用公式
Figure BDA0002117004520000042
计算各Dn的平均值获得胸径D。
g.计算目标树木冠幅P的方法，其计算方式如下：量度各所述全貌图像的冠幅Ppicture(n)并通过公式
Figure BDA0002117004520000043
计算Pn；随后利用公式
Figure BDA0002117004520000044
计算各Pn的平均值获得各准确的冠幅P。
实施例二
参见图1所示，在本实施例中，应用无人机拍摄的树木检测方法，包括以下步骤：
a.利用无人机飞行至目标树木外围。
b.将无人机当前的离地高度停留在hn，在本实施例中hn与目标树木的胸高相等(即1.3m)，同时利用红外线测距设备测量无人机与目标树木的树顶的直线距离an、无人机与目标树木之间当前的水平距离bn并记录无人机与目标树木树顶之间的仰角θn。在本实施例中无人机的红外线测距设备角度可调并且其调节角度可通过远程控制使红外线测距设备能瞄准目标树木的树顶，同时能对红外线测距设备调节角度进行记录以获得仰角θn的数值。
c.对目标树木进行拍照获得原始图像。
d.移动无人机位置并重复步骤b以及步骤c直以进行多位点测量，直至无人机完成对目标树木的全貌拍摄。在本实施例中，无人机移动时其高度hn始终保持与目标树木的胸高相等并环绕目标树木，最终无人机环绕目标树木一周并完整拍摄目标树木多个侧面的原始图像以及测量数据。
此外，对所述hn、an、bn以及θn进行记录时，系统同步记录当前时间，系统通过匹配hn、an、bn以及θn的记录时间将同一时间节点内记录的hn、an、bn以及θn分配至同一组记录数据中。
e.计算目标树木的高度H，其计算过程如下：
首先利用公式Hn＝an·sinθ+hn计算各组数据获得Hn；
随后利用公式
Figure BDA0002117004520000051
计算各Hn的平均值获得目标树木的高度H。
f.根据步骤e中获得的的高度H计算目标树木的胸径D，具体地，利用公式
Figure BDA0002117004520000052
计算Dn；随后利用公式
Figure BDA0002117004520000053
计算各Dn的平均值获得胸径D。
以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种应用无人机拍摄的树木检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.利用无人机飞行至目标树木外围；
b.将无人机当前的离地高度停留在hn，同时利用红外线测距设备测量无人机与目标树木的树顶的直线距离an并记录无人机与目标树木树顶之间的仰角θn；
c.对目标树木进行拍照获得原始图像；
d.移动无人机位置并重复步骤b以及步骤c直以进行多位点测量，直至无人机完成对目标树木的全貌拍摄；
e.计算目标树木的高度H，其计算过程如下：
首先利用公式Hn＝an·sinθ+hn计算各组数据获得Hn；
随后利用公式
Figure FDA0002117004510000011
计算各Hn的平均值获得目标树木的高度H；
f.根据步骤e中获得的的高度H计算目标树木的胸径D。
2.根据权利要求1所述的一种应用无人机拍摄的树木检测方法，其特征在于，计算目标树木的胸径的方式如下：对无人机拍照获得的原始图像进行拼接获得包含目标树木全貌的全貌图像；量度目标树木在全貌图像内的高度Hpicture(n)并与所述步骤e中获得的高度H进行比较求出该全貌图像的比例尺1:(H/Hpicture(n))；根据比例尺找出所述全貌图像内目标树木的胸高位置并量度目标树木在该全貌图像内的胸径Dpicture(n)，通过公式
Figure FDA0002117004510000012
计算Dn；随后利用公式
Figure FDA0002117004510000013
计算各Dn的平均值获得胸径D。
3.根据权利要求1所述的一种应用无人机拍摄的树木检测方法，其特征在于，计算目标树木的胸径的方式如下：在所述步骤b中设定无人机的离地高度hn与目标树木的胸高相等，同时利用无人机携带的红外线测距设备测量无人机与目标树木之间当前的水平距离bn、无人机与目标树木的树顶的直线距离an并记录无人机与目标树木树顶之间的仰角θn，此外无人机在多位点测量时其离地高度hn保持与目标树木的胸高相等；利用公式
Figure FDA0002117004510000014
计算Dn；随后利用公式
Figure FDA0002117004510000015
计算各Dn的平均值获得胸径D。
4.根据权利要求1所述的一种应用无人机拍摄的树木检测方法，其特征在于：对所述hn、an以及θn进行记录时，系统同步记录当前时间，系统通过匹配hn、an以及θn的记录时间将同一时间节点内记录的hn、an以及θn分配至同一组记录数据中。
5.根据权利要求3所述的一种应用无人机拍摄的树木检测方法，其特征在于：对所述hn、an、bn以及θn进行记录时，系统同步记录当前时间，系统通过匹配hn、an、bn以及θn的记录时间将同一时间节点内记录的hn、an、bn以及θn分配至同一组记录数据中。
6.根据权利要求2所述的一种应用无人机拍摄的树木检测方法，其特征在于：所述无人机在进行多位点测量时，无人机等间隔垂直升降。
7.根据权利要求2所述的一种应用无人机拍摄的树木检测方法，其特征在于：还包括计算目标树木冠幅P的方法，其计算方式如下，量度目标树木在所述全貌图像内的冠幅Ppicture(n)，通过公式
Figure FDA0002117004510000021
计算目标树木冠幅Po。
8.根据权利要求7所述的一种应用无人机拍摄的树木检测方法，其特征在于：所述无人机在进行多位点测量时,无人机环绕目标树木移动位置并最终合成多幅分别显示目标树木不同角度的全貌图像；量度各所述全貌图像的冠幅Ppicture(n)并通过公式
Figure FDA0002117004510000022
计算Pn；随后利用公式
Figure FDA0002117004510000023
计算各Pn的平均值获得准确的冠幅P。
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