CN115308724A - 一种立木树高测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种立木树高测量方法,包括如下步骤:(1)被测立木上设置测距接收终端;(2)飞行器上搭载主动测距模块,测量计算每个被测立木的空间位置;(3)依据测量计算的立木空间位置,飞行器依次飞行到每个被测立木空间位置的上方预定点位停留并测量主动测距模块至树梢距离,主动测距模块将包括测量数据、测量处的位置坐标信息发送至被测立木上的测距接收终端;(4)将数据采集终端连接测距接收终端,获取接收终端存储的数据;(5)计算被测立木树高。本发明测量精度可靠,测量速度快速,测量过程简单,可以批量快速完成多立木树高测量工作。
Description
技术领域
本发明属于农林测量器械和仪器技术领域,具体涉及一种立木树高测量方法。
背景技术
树高是立地质量的指标因子,是重要的测树因子,但对树高的测量并不容易,尤其是对林分紧密、树冠紧密相邻的同龄林中,很难确定立木的主干树梢位置。目前树高测量仪器主要使用相似三角形或是三角函数测量方法,需要进行望稍和测量水平距,工序复杂,测量精度不高,计算复杂。实际工作中主要采用立木胸径和树高曲线模拟生成树高。
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,可以批量快速完成多立木树高测量工作的立木树高测量方法。
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,可以批量快速完成多立木树高测量工作的立木树高测量方法。
上述目的是通过如下技术方案实现:一种立木树高测量方法,包括如下步骤:
(1)被测立木上设置测距接收终端;
(2)飞行器上搭载主动测距模块,测量计算每个被测立木的空间位置;
(3)依据测量计算的立木空间位置,飞行器依次飞行到每个被测立木空间位置的上方预定点位停留并测量主动测距模块至树梢距离,主动测距模块将包括测量数据、测量处的位置坐标信息发送至被测立木上的测距接收终端;
(4)将数据采集终端连接测距接收终端,获取接收终端存储的数据;
(5)计算被测立木树高;
(5.1)数据归类和标记:依据步骤(2)中获得的立木的坐标位置以及步骤(3)中的数据接收终端存储的测量处的主动测距模块的坐标位置,对在限定平面坐标范围内的测量数据集认定为一组数据,对此组测量数据按立木编号进行标记;
进一步的技术方案是,所述步骤(2)中测量步骤具体如下:
(2.1)飞行器在5个以上空间位置移动,主动测距模块在每个空间位置向每株被测立木上测距接收终端发射信号,信号内容包括主动测距模块的设备编号、信号发送时间和位置坐标;
(2.2)将数据采集终端连接测距接收终端,接收测距接收终端存储的主动测距模块发射信号以及测距接收终端的设备编号和信号接收时间;
(2.3)求解测距接收终端坐标,确定立木空间位置:机载主动测距模块到测距接收终端的距离计算公式如下:
式中:为飞行器在第个空间位置时主动测距模块的位置坐标,
为第株被测立木上测距接收终端的位置坐标,为光速,为第株被测立木上测
距接收终端,对飞行器第个空间位置发射信号的接收时间,为第株被测立木上
测距接收终端的钟差,为飞行器第个空间位置时主动测距模块信号发射时间,为机载主动测距模块的钟差,其中,,为未知量;
其中,飞行器搭载的主动测距模块利用RTK模块,飞行器的空间位置是时
刻变化且已知,对立木的测量计算时,测距接收终端的钟差和测量机载
主动测距模块的钟差未知,但均为常量,在方程式求解中可以消除,计算方程组如
下:
式中:、、、、分别为飞
行器第1~5个空间位置主动测距模块的位置坐标,、、、、
分别为第株被测立木上测距接收终端,对飞行器第1~5个空间位置发射信号的接收时间,
通过上述方程组求解出立木测距接收终端的位置坐标。
进一步的技术方案是,所述主动测距模块包括激光测距模块,所述步骤(3)中采用激光测距模块垂直测量主动测距模块至树梢的距离。
进一步的技术方案是,所述主动测距模块还包括微处理器、UWB发射模块、UWB天线、电源模块、RTK模块、存储模块、数据接口、计时器和指示灯,所述微处理器完成数据测量的计算、存储和控制,UWB发射模块发送超宽基带脉冲广播主动测距模块参数,UWB天线对UWB发射模块信号进行放大,RTK模块获取主动测距模块的实时空间位置坐标,存储模块存储微处理器记录数据,计时器用于提供高精度计时,电源模块提供电能,数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用。
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,在增加设备编号参数后,由UWB发射模块经UWB天线放大广播。
进一步的技术方案是,所述测距接收终端包括微处理器、UWB接收模块、UWB天线、无线通信模块、计时器、存储模块、数据接口和电源模块,微处理器用于完成数据测量的计算、存储和控制,UWB接收模块接收主动测距模块发射无线信号;UWB天线对UWB发射模块信号进行放大;电源模块为微处理器提供电源;无线通信模块用于同数据采集终端连接,完成数据交换;存储模块存储微处理器记录数据;数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用;计时器用于提供高精度计时。
测距接收终端工作时,微处理器通过UWB天线和UWB接收模块接收主动测距模块广播的信息和传输参数,微处理器存储设备编号、接收主动测距模块参数、计时器时间到存储模块中。微处理器通过无线通信模块和数据采集终端连接,将存储模块中存储数据交换与数据采集终端存储。
进一步的技术方案是,所述步骤(3)的测量步骤如下:
(3.1)主动测距模块实时接收并存储激光测距模块记录的测量距离;
(3.2)主动测距模块固定时间向外广播发射信号和参数:主动测距模块的微处理器依据计时器时间,按固定间隔驱动UWB发射模块通过UWB天线发射无线信号,向测距接收终端传输设备编号、UWB发射模块发射时计时器时间、UWB发射模块发射时RTK模块测定坐标以及激光测距模块测量的距离值。
进一步的技术方案是,所述数据采集终端包括具有强大计算、存储、网络能力的手机、平板电脑、笔记本或移动工作站。
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,本发明的优势在于:
无线测距精度高:
本发明中树高测量的结果由距离测定精度决定,UWB测距精度和RTK空间位置坐标采集直接影响距离测量精度。目前UWB是无线测距方法中精度最高的方式,可以达到0.1m精度,激光测距可以实现±2mm测量精度,按最低精度决定测量精度,本发明中UWB的测距精度决定最终结果的精度,目前UWB可以实现0.1m的测量精度,满足林业调查规划设计中对立木高度精度要求。
测量流程简单,实现快速测量:
在被测立木上固定测距接收终端,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。由于每个立木测量数据取决于主动测距模块发生时间间隔,UWB发送脉冲时间间隔极短(小于1ns),可以实现快速测量。
可以批量测量和计算:
可以同时对多个立木绑定测距接收终端,可以一次无人机放飞就可以实现大范围、批量立木的树高测量,使用移动采集终端使用手动或是自动连接方式获取每个测距接收终端的存储数据即可以完成立木树高的测量。
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立木空间位置测量的原理示意图;
图2为本发明一种实施方式所涉及的立木树高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,图2,一种立木树高测量方法,包括如下步骤:
(1)被测立木上设置测距接收终端;
(2)飞行器上搭载主动测距模块,测量计算每个被测立木的空间位置;
(2.1)飞行器在5个以上空间位置移动,主动测距模块在每个空间位置向每株被测立木上测距接收终端发射信号,信号内容包括主动测距模块的设备编号、信号发送时间和位置坐标;
(2.2)将数据采集终端连接测距接收终端,接收测距接收终端存储的主动测距模块发射信号以及测距接收终端的设备编号和信号接收时间;
(2.3)求解测距接收终端坐标,确定立木空间位置:机载主动测距模块到测距接收终端的距离计算公式如下:
式中:为飞行器在第个空间位置时主动测距模块的位置坐标,为第株被测立木上测距接收终端的位置坐标,为光速,为第株被测
立木上测距接收终端,对飞行器第个空间位置发射信号的接收时间,为第株被
测立木上测距接收终端的钟差,为飞行器第个空间位置时主动测距模块信号发射
时间,为机载主动测距模块的钟差,其中,,为未知量;
其中,飞行器搭载的主动测距模块利用RTK模块,飞行器的空间位置是时
刻变化且已知,对立木的测量计算时,测距接收终端的钟差和测量机载
主动测距模块的钟差未知,但均为常量,在方程式求解中可以消除,计算方程组如
下:
式中:、、、、分别为飞
行器第1~5个空间位置主动测距模块的位置坐标,、、、
、分别为第株被测立木上测距接收终端,对飞行器第1~5个空间位置发射信号的
接收时间,通过上述方程组求解出立木测距接收终端的位置坐标。
(3)依据测量计算的立木空间位置,飞行器依次飞行到每个被测立木空间位置的上方预定点位停留并测量主动测距模块至树梢距离,主动测距模块将包括测量数据、测量处的位置坐标信息发送至被测立木上的测距接收终端;
(3.1)主动测距模块实时接收并存储激光测距模块记录的测量距离;
(3.2)主动测距模块固定时间向外广播发射信号和参数:主动测距模块的微处理器依据计时器时间,按固定间隔驱动UWB发射模块通过UWB天线发射无线信号,向测距接收终端传输设备编号、UWB发射模块发射时计时器时间、UWB发射模块发射时RTK模块测定坐标以及激光测距模块测量的距离值。
(4)将数据采集终端连接测距接收终端,获取接收终端存储的数据;
(5)计算被测立木树高;
(5.1)数据归类和标记:依据步骤(2)中获得的立木的坐标位置以及步骤(3)中的数据接收终端存储的测量处的主动测距模块的坐标位置,对在限定平面坐标范围内的测量数据集认定为一组数据,对此组测量数据按立木编号进行标记;
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,所述主动测距模块包括激光测距模块,所述步骤(3)中采用激光测距模块垂直测量主动测距模块至树梢的距离。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,所述主动测距模块还包括微处理器、UWB发射模块、UWB天线、电源模块、RTK模块、存储模块、数据接口、计时器和指示灯,所述微处理器完成数据测量的计算、存储和控制,UWB发射模块发送超宽基带脉冲广播主动测距模块参数,UWB天线对UWB发射模块信号进行放大,RTK模块获取主动测距模块的实时空间位置坐标,存储模块存储微处理器记录数据,计时器用于提供高精度计时,电源模块提供电能,数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用。
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,在增加设备编号参数后,由UWB发射模块经UWB天线放大广播。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,所述测距接收终端包括微处理器、UWB接收模块、UWB天线、无线通信模块、计时器、存储模块、数据接口和电源模块,微处理器用于完成数据测量的计算、存储和控制,UWB接收模块接收主动测距模块发射无线信号;UWB天线对UWB发射模块信号进行放大;电源模块为微处理器提供电源;无线通信模块用于同数据采集终端连接,完成数据交换;存储模块存储微处理器记录数据;数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用;计时器用于提供高精度计时。
测距接收终端工作时,微处理器通过UWB天线和UWB接收模块接收主动测距模块广播的信息和传输参数,微处理器存储设备编号、接收主动测距模块参数、计时器时间到存储模块中。微处理器通过无线通信模块和数据采集终端连接,将存储模块中存储数据交换与数据采集终端存储。
在上述实施例的基础上,本发明另一实施例中,所述数据采集终端包括具有强大计算、存储、网络能力的手机、平板电脑、笔记本或移动工作站。
进一步的技术方案是,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 (8)
1.一种立木树高测量方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)被测立木上设置测距接收终端;
(2)飞行器上搭载主动测距模块,测量计算每个被测立木的空间位置;
(3)依据测量计算的立木空间位置,飞行器依次飞行到每个被测立木空间位置的上方预定点位停留并测量主动测距模块至树梢距离,主动测距模块将包括测量数据、测量处的位置坐标信息发送至被测立木上的测距接收终端;
(4)将数据采集终端连接测距接收终端,获取接收终端存储的数据;
(5)计算被测立木树高;
(5.1)数据归类和标记:依据步骤(2)中获得的立木的坐标位置以及步骤(3)中的数据接收终端存储的测量处的主动测距模块的坐标位置,对在限定平面坐标范围内的测量数据集认定为一组数据,对此组测量数据按立木编号进行标记;
2.根据权利要求1所述的立木树高测量方法,其特征在于,所述步骤(2)中测量步骤具体如下:
(2.1)飞行器在5个以上空间位置移动,主动测距模块在每个空间位置向每株被测立木上测距接收终端发射信号,信号内容包括主动测距模块的设备编号、信号发送时间和位置坐标;
(2.2)将数据采集终端连接测距接收终端,接收测距接收终端存储的主动测距模块发射信号以及测距接收终端的设备编号和信号接收时间;
(2.3)求解测距接收终端坐标,确定立木空间位置:机载主动测距模块到测距接收终端的距离计算公式如下:
式中:为飞行器在第个空间位置时主动测距模块的位置坐标,
为第株被测立木上测距接收终端的位置坐标,为光速,为第株被测立木上测
距接收终端,对飞行器第个空间位置发射信号的接收时间,为第株被测立木上
测距接收终端的钟差,为飞行器第个空间位置时主动测距模块信号发射时间,为机载主动测距模块的钟差,其中,,为未知量;
其中,飞行器搭载的主动测距模块利用RTK模块,飞行器的空间位置是时刻变
化且已知,对立木的测量计算时,测距接收终端的钟差和测量机载主动
测距模块的钟差未知,但均为常量,在方程式求解中可以消除,计算方程组如下:
3.根据权利要求2所述的立木树高测量方法,其特征在于,所述主动测距模块包括激光测距模块,所述步骤(3)中采用激光测距模块垂直测量主动测距模块至树梢的距离。
4.根据权利要求3所述的立木树高测量方法,其特征在于,所述主动测距模块还包括微处理器、UWB发射模块、UWB天线、电源模块、RTK模块、存储模块、数据接口、计时器和指示灯,所述微处理器完成数据测量的计算、存储和控制,UWB发射模块发送超宽基带脉冲广播主动测距模块参数,UWB天线对UWB发射模块信号进行放大,RTK模块获取主动测距模块的实时空间位置坐标,存储模块存储微处理器记录数据,计时器用于提供高精度计时,电源模块提供电能,数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用。
5.根据权利要求4所述的立木树高测量方法,其特征在于,所述测距接收终端包括微处理器、UWB接收模块、UWB天线、无线通信模块、计时器、存储模块、数据接口和电源模块,微处理器用于完成数据测量的计算、存储和控制,UWB接收模块接收主动测距模块发射无线信号;UWB天线对UWB发射模块信号进行放大;电源模块为微处理器提供电源;无线通信模块用于同数据采集终端连接,完成数据交换;存储模块存储微处理器记录数据;数据接口用于开发、测试或现场问题处理使用;计时器用于提供高精度计时。
6.根据权利要求5所述的立木树高测量方法,其特征在于,所述步骤(3)的测量步骤如下:
(3.1)主动测距模块实时接收并存储激光测距模块记录的测量距离;
(3.2)主动测距模块固定时间向外广播发射信号和参数:主动测距模块的微处理器依据计时器时间,按固定间隔驱动UWB发射模块通过UWB天线发射无线信号,向测距接收终端传输设备编号、UWB发射模块发射时计时器时间、UWB发射模块发射时RTK模块测定坐标以及激光测距模块测量的距离值。
7.根据权利要求5所述的立木树高测量方法,其特征在于,所述数据采集终端包括具有强大计算、存储、网络能力的手机、平板电脑、笔记本或移动工作站。
8.根据权利要求1所述的立木空间位置测量方法,其特征在于,所述飞行器为无人机。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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