CN115235440A - 一种林分郁闭度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种林分郁闭度测量方法，包括如下步骤：（1）确定测量区域，将经过测量区域的飞行路线作为郁闭度测量样线；（2）飞行器上搭载主动测距模块，启动主动测距模块，飞行器按飞行路线执行飞行和测量，在每个采样点测量激光测距距离，同时存储主动测距模块的采样点坐标；（3）将主动测距模块的采样点坐标和起飞点坐标进行对比，获得飞行器的高度值；计算每个采样点的激光测距距离和飞行器高度的差值，判断差值是否大于设定的阈值，如果超过，则认定此采样点不郁闭，如果未超过，则认定此采样点郁闭；汇总所有采样点结果，计算林分郁闭度。本发明测量精度可靠，测量速度快速，测量过程简单，可以批量快速完成林分郁闭度测量工作。

Description

一种林分郁闭度测量方法
技术领域
本发明属于测量器械和仪器技术领域，具体涉及一种林分郁闭度测量方法。
背景技术
林分郁闭度是林分中树冠投影面积与林地面积之比，反应了林分利用生长空间的程度，是森林资源调查工作中重要因子。实际调查中主要使用目测方法，实测的方法包括树冠投影法、测线法和统计法，由于工作量大，测量速度慢，实际使用中一般采用目测方式代替，虽然速度快，但测量精度低。新技术新方法主要集中在遥感图像分类、鱼眼相机、激光雷达等方面，上述方法均存在测量操作技术要求高，测量后期处理时间长，算法复杂问题。
综上所述，亟需提供一种测量精度可靠，测量速度快速，测量过程简单，可以批量快速完成林分郁闭度测量工作的林分郁闭度测量方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量精度可靠，测量速度快速，测量过程简单，可以批量快速完成林分郁闭度测量工作的林分郁闭度测量方法。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种林分郁闭度测量方法，包括如下步骤：
（1）确定测量区域，划定飞行器飞行路线，将经过测量区域的飞行路线作为郁闭度测量样线；
（2）飞行器上搭载主动测距模块，启动主动测距模块，飞行器按飞行路线执行飞行 和测量，在多个采样点分别垂直测量主动测距模块至地面障碍物的距离，即激光测距距离， 同时存储主动测距模块的采样点坐标
Figure 83276DEST_PATH_IMAGE001
；
（3）获取飞行器测量数据，求解被测区域林分郁闭度；
（3.1）将主动测距模块的采样点坐标
Figure 930009DEST_PATH_IMAGE001
和起飞点坐标
Figure 124230DEST_PATH_IMAGE002
进行对 比，获得飞行器的高度值，定义如下：
Figure 620196DEST_PATH_IMAGE003
式中，
Figure 292485DEST_PATH_IMAGE004
为飞行器高度，
Figure 259304DEST_PATH_IMAGE005
为采样点位置的高程值，
Figure 624427DEST_PATH_IMAGE006
为起飞点位置的高程值；
（3.2）计算每个采样点的激光测距距离和飞行器高度的差值，判断差值是否大于设定的阈值，如果超过，则认定此采样点不郁闭，如果未超过，则认定此采样点郁闭；
（3.3）汇总所有采样点结果，统计郁闭的采样点数量和总采样点数量，郁闭采样点数量除以总采样点数量即为测量区域的林分郁闭度。
本发明通过在飞行器上搭载机载主动测距模块，将飞行器对被测样地或是被测区域的飞行路线作为测量样线，通过计算测量飞行器主动测距模块至地面障碍物高度情况，通过和飞行器自身高度做差值比较，判断当前采样点林分郁闭情况，最终综合统计所有测量样线中各采样点的数值计算林分郁闭度。本发明测量精度可靠，测量速度快速，测量过程简单，可以批量快速完成林分郁闭度测量工作。
进一步的技术方案是，所述步骤（3.2）中，阈值取值根据测定目标确定，若仅测定乔木林郁闭度，阈值为最高灌木高度，若测定乔木林以及灌木林覆盖度，阈值为最高地被物高度。
进一步的技术方案是，所述步骤（2）的具体步骤如下：
（2.1）记录主动测距模块测量起飞点坐标；
（2.2）启动飞行器飞行，测量主动测距模块当前坐标，对比被测区域的范围，判断是否进入测量区域；
（2.3）进入测量区域后，在设定的固定时间间隔，垂直测量机载主动测距模块至地面障碍物的距离，测量点即为采样点，同时存储主动测距模块的采样点坐标。
进一步的技术方案是，所述步骤（3）中测量区域的林分郁闭度的计算公式如下：
Figure 840644DEST_PATH_IMAGE007
Figure 191991DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure 872371DEST_PATH_IMAGE009
为林分郁闭度，
Figure 283761DEST_PATH_IMAGE010
为被郁闭的采样点数，
Figure 813706DEST_PATH_IMAGE011
为总采样点数量，
Figure 703165DEST_PATH_IMAGE012
为第
Figure 441314DEST_PATH_IMAGE013
个采 样点郁闭情况，为1则代表郁闭，为0则代表未郁闭；
Figure 148239DEST_PATH_IMAGE014
为第
Figure 276732DEST_PATH_IMAGE013
个采样点的激光测距距离，
Figure 94515DEST_PATH_IMAGE015
为根据测定目标确定的阈值。
进一步的技术方案是，所述主动测距模块的PCB电路板上包括微处理器、电源模块、RTK模块、存储模块、数据接口、计时器、激光测距模块和指示灯，其中所述微处理器用于完成数据测量的计算、存储和控制，所述电源模块用于为微处理器提供电源，所述RTK模块用于获取主动测距模块的实时空间位置坐标，所述存储模块用于存储微处理器记录数据，所述数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用，所述计时器用于提供高精度计时，所述激光测距模块测量到障碍物的距离。
进一步的技术方案是，所述飞行器为无人机。
相比于现有技术，本发明技术方案具备如下优势：
郁闭度测量精度高：本发明中是对每个样线和采样点的实测，采用激光测距和高程对比的方式保证测量结果可靠，由于采样的样点和样线覆盖整个被测样地或被测区域，真实的反应了林分郁闭情况，尤其对于乔木林冠幅中的空隙点位也可以测量，测量精度高。
测量流程简单，实现快速测量：本发明仅放飞载有主动测距模块的无人机，就可以获得测量数据，无需其他测量过程，测量流程简单。由于每个采样点测量频率取决于主动测距模块发射时间间隔，激光测距模块单次测量时间间隔极短(可达毫秒级)，可以实现快速测量。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式所涉及的林分郁闭度测量方法的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下，参照图1，一种林分郁闭度测量方法，包括如下步骤：
（1）确定测量区域，划定飞行器飞行路线，将经过测量区域的飞行路线作为郁闭度测量样线；
（2）飞行器上搭载主动测距模块，启动主动测距模块，飞行器按飞行路线执行飞行 和测量，在多个采样点分别垂直测量主动测距模块至地面障碍物的距离，即激光测距距离， 同时存储主动测距模块的采样点坐标
Figure 624853DEST_PATH_IMAGE001
；
（3）获取飞行器测量数据，求解被测区域林分郁闭度；
（3.1）将主动测距模块的采样点坐标
Figure 174783DEST_PATH_IMAGE001
和起飞点坐标
Figure 180785DEST_PATH_IMAGE002
进行对 比，获得飞行器的高度值，定义如下：
Figure 677626DEST_PATH_IMAGE003
式中，
Figure 688569DEST_PATH_IMAGE004
为飞行器高度，
Figure 347084DEST_PATH_IMAGE005
为采样点位置的高程值，
Figure 512486DEST_PATH_IMAGE006
为起飞点位置的高程值；
（3.2）计算每个采样点的激光测距距离和飞行器高度的差值，判断差值是否大于设定的阈值，如果超过，则认定此采样点不郁闭，如果未超过，则认定此采样点郁闭；
（3.3）汇总所有采样点结果，统计郁闭的采样点数量和总采样点数量，郁闭采样点数量除以总采样点数量即为测量区域的林分郁闭度。
本发明通过在飞行器上搭载机载主动测距模块，将飞行器对被测样地或是被测区域的飞行路线作为测量样线，通过计算测量飞行器主动测距模块至地面障碍物高度情况，通过和飞行器自身高度做差值比较，判断当前采样点林分郁闭情况，最终综合统计所有测量样线中各采样点的数值计算林分郁闭度。本发明测量精度可靠，测量速度快速，测量过程简单，可以批量快速完成林分郁闭度测量工作。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤（3.2）中，阈值取值根据测定目标确定，若仅测定乔木林郁闭度，阈值为最高灌木高度，若测定乔木林以及灌木林覆盖度，阈值为最高地被物高度。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述步骤（2）的具体步骤如下：
（2.1）记录主动测距模块测量起飞点坐标；
（2.2）启动飞行器飞行，测量主动测距模块当前坐标，对比被测区域的范围，判断是否进入测量区域；
（2.3）进入测量区域后，在设定的固定时间间隔，垂直测量机载主动测距模块至地面障碍物的距离，测量点即为采样点，同时存储主动测距模块的采样点坐标。
进一步的技术方案是，所述步骤（3）中测量区域的林分郁闭度的计算公式如下：
Figure 672072DEST_PATH_IMAGE016
Figure 442582DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 131052DEST_PATH_IMAGE009
为林分郁闭度，
Figure 987013DEST_PATH_IMAGE010
为被郁闭的采样点数，
Figure 950289DEST_PATH_IMAGE011
为总采样点数量，
Figure 106464DEST_PATH_IMAGE012
为第
Figure 372361DEST_PATH_IMAGE013
个采 样点郁闭情况，为1则代表郁闭，为0则代表未郁闭；
Figure 90785DEST_PATH_IMAGE014
为第
Figure 733119DEST_PATH_IMAGE013
个采样点的激光测距距离，
Figure 71696DEST_PATH_IMAGE015
为根据测定目标确定的阈值。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述主动测距模块的PCB电路板上包括微处理器、电源模块、RTK模块、存储模块、数据接口、计时器、激光测距模块和指示灯，其中所述微处理器用于完成数据测量的计算、存储和控制，所述电源模块用于为微处理器提供电源，所述RTK模块用于获取主动测距模块的实时空间位置坐标，所述存储模块用于存储微处理器记录数据，所述数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用，所述计时器用于提供高精度计时，所述激光测距模块测量到障碍物的距离。
主动测距模块工作时，微处理器按用户设定时间间隔要求，从RTK模块获取当前空间位置坐标，从计时器获取当前时间，从激光测距模块获取当前主动测距模块距离障碍物距离。
在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述飞行器为无人机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种林分郁闭度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）确定测量区域，划定飞行器飞行路线，将经过测量区域的飞行路线作为郁闭度测量样线；
（2）飞行器上搭载主动测距模块，启动主动测距模块，飞行器按飞行路线执行飞行和测 量，在多个采样点分别垂直测量主动测距模块至地面障碍物的距离，即激光测距距离，同时 存储主动测距模块的采样点坐标
Figure 717465DEST_PATH_IMAGE001
；
（3）获取飞行器测量数据，求解被测区域林分郁闭度；
（3.1）将主动测距模块的采样点坐标
Figure 228080DEST_PATH_IMAGE001
和起飞点坐标
Figure 211080DEST_PATH_IMAGE002
进行对比，获 得飞行器的高度值，定义如下：
Figure 199764DEST_PATH_IMAGE003
式中，
Figure 482978DEST_PATH_IMAGE004
为飞行器高度，
Figure 571020DEST_PATH_IMAGE005
为采样点位置的高程值，
Figure 431529DEST_PATH_IMAGE006
为起飞点位置的高程值；
（3.2）计算每个采样点的激光测距距离和飞行器高度的差值，判断差值是否大于设定的阈值，如果超过，则认定此采样点不郁闭，如果未超过，则认定此采样点郁闭；
（3.3）汇总所有采样点结果，统计郁闭的采样点数量和总采样点数量，郁闭采样点数量除以总采样点数量即为测量区域的林分郁闭度。
2.根据权利要求1所述的林分郁闭度测量方法，其特征在于，所述步骤（3.2）中，阈值取值根据测定目标确定，若仅测定乔木林郁闭度，阈值为最高灌木高度，若测定乔木林以及灌木林覆盖度，阈值为最高地被物高度。
3.根据权利要求1或2所述的林分郁闭度测量方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体步骤如下：
（2.1）记录主动测距模块测量起飞点坐标；
（2.2）启动飞行器飞行，测量主动测距模块当前坐标，对比被测区域的范围，判断是否进入测量区域；
（2.3）进入测量区域后，在设定的固定时间间隔，垂直测量机载主动测距模块至地面障碍物的距离，测量点即为采样点，同时存储主动测距模块的采样点坐标。
4.根据权利要求3所述的林分郁闭度测量方法，其特征在于，所述步骤（3）中测量区域的林分郁闭度的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure 928631DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为林分郁闭度，
Figure 331931DEST_PATH_IMAGE010
为被郁闭的采样点数，
Figure 918770DEST_PATH_IMAGE011
为总采样点数量，
Figure 876362DEST_PATH_IMAGE012
为第
Figure 206849DEST_PATH_IMAGE013
个采样点 郁闭情况，为1则代表郁闭，为0则代表未郁闭；
Figure 995813DEST_PATH_IMAGE014
为第
Figure 894499DEST_PATH_IMAGE013
个采样点的激光测距距离，
Figure 729600DEST_PATH_IMAGE015
为根 据测定目标确定的阈值。
5.根据权利要求4所述的林分郁闭度测量方法，其特征在于，所述主动测距模块的PCB电路板上包括微处理器、电源模块、RTK模块、存储模块、数据接口、计时器、激光测距模块和指示灯，其中所述微处理器用于完成数据测量的计算、存储和控制，所述电源模块用于为微处理器提供电源，所述RTK模块用于获取主动测距模块的实时空间位置坐标，所述存储模块用于存储微处理器记录数据，所述数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用，所述计时器用于提供高精度计时，所述激光测距模块测量到障碍物的距离。
6.根据权利要求5所述的林分郁闭度测量方法，其特征在于，所述飞行器为无人机。
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