發(fā)布時(shí)間：2017-12-21 06:11

  本文關(guān)鍵詞：地面攝影測(cè)量獲取測(cè)樹因子的研究　出處：《北京林業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：森林資源調(diào)查是及時(shí)掌握森林資源,制定和調(diào)整林業(yè)政策,不斷提高森林其潛在生產(chǎn)力的基本技術(shù)手段,在森林資源調(diào)查之中需要應(yīng)用到大量的森林計(jì)測(cè)儀器。目前的計(jì)測(cè)儀器獲取數(shù)據(jù)的方式比較落后,功能單一,且由于計(jì)測(cè)儀器技術(shù)的限制性制約著森林資源調(diào)查實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化以及內(nèi)外業(yè)一體化。同時(shí),國內(nèi)采用的森林計(jì)測(cè)儀器一般都是國外生產(chǎn)的,因此需要新的技術(shù)來帶動(dòng)國內(nèi)森林計(jì)測(cè)儀器的發(fā)展。隨著攝影測(cè)量技術(shù)的日益成熟,計(jì)算機(jī)視覺和攝影測(cè)量給森林計(jì)測(cè)儀器的發(fā)展帶來了新的契機(jī)。本研究主要基于攝影測(cè)量原理,開發(fā)設(shè)計(jì)利用普通數(shù)碼相機(jī)、全站儀配置CCD鏡頭以及微型超站儀三種方式的軟硬件系統(tǒng),并制定詳細(xì)的內(nèi)外業(yè)操作流程,其目的在于利用攝影測(cè)量的方式來提高和獲取測(cè)樹因子的能力,提高工作效率,推動(dòng)攝影測(cè)量技術(shù)在森林計(jì)測(cè)儀器以及林業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展�；跇淠敬怪鄙L(zhǎng)的特性,提出了利用單一的普通數(shù)碼相機(jī)對(duì)待測(cè)樣地進(jìn)行上下方向的任意攝影測(cè)量,并在林地中測(cè)量任意一段物體長(zhǎng)度以便在解算中反推攝影基線,恢復(fù)攝影區(qū)域的真實(shí)空間比例關(guān)系,實(shí)現(xiàn)在像片上測(cè)量獲取測(cè)樹因子的功能。該研究以攝影測(cè)量的理論為基礎(chǔ),以同名光線和攝影基線共面為條件,針對(duì)林業(yè)攝影測(cè)量的局限性,建立以垂直地面方向?yàn)橹鞣较虻臄z影測(cè)量方式,試驗(yàn)分析驗(yàn)證測(cè)量算法的有效性,以Microsoft Visual Studio為開發(fā)平臺(tái),編制了地面立體攝影測(cè)量系統(tǒng)軟件。通過試驗(yàn)分析,確定測(cè)量的精度隨著景距距離的減小、攝影基線的增加、立木直徑的增加以及考慮相機(jī)畸變的影響而增高,從而確定合適的測(cè)量范圍為2～25m,若不考慮相機(jī)畸變時(shí)應(yīng)盡量使樣地立木處于像片中央的位置。對(duì)5組樣地胸徑進(jìn)行測(cè)量計(jì)算,試驗(yàn)表明,利用普通數(shù)碼相機(jī)測(cè)量樣木胸徑平均絕對(duì)誤差為0.29cm,平均相對(duì)誤差為1.99%。以示例說明,利用普通數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行上下方向的任意攝影測(cè)量可直接實(shí)現(xiàn)單株立木的胸徑、任意處直徑、可視樹高的測(cè)量,進(jìn)而通過計(jì)算可獲取單株立木的樹干橫斷面積、立木材積、樣地株數(shù)密度、樣地平均胸徑、樹心坐標(biāo)以及自動(dòng)生成樣地圖。本文利用SIFT算法實(shí)現(xiàn)雙像同名像點(diǎn)的自動(dòng)匹配,實(shí)現(xiàn)單一同名像點(diǎn)95%的自動(dòng)匹配精度,且匹配時(shí)間降低到亞秒級(jí)。同樣利用SIFT算法實(shí)現(xiàn)普通數(shù)碼相機(jī)兩次拍攝之間的相對(duì)外方位元素的計(jì)算,但存在處理速度慢且計(jì)算結(jié)果精度不高的問題,因此為了消除這方面的影響,本研究提出了將拍照所用的CCD鏡頭安裝于全站儀之上,以此來獲取兩次拍攝時(shí)的相對(duì)外方位元素,進(jìn)而通過空間前方交會(huì)以及單像水平角和垂直角的解算原理來實(shí)現(xiàn)像輔助空間坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算,以此來實(shí)現(xiàn)利用全站儀配置CCD鏡頭實(shí)現(xiàn)雙像測(cè)量測(cè)樹因子的功能。同時(shí),由于全站儀自帶測(cè)距功能,因此可作為附加條件實(shí)現(xiàn)平坦樣地、胸高標(biāo)線樣地、圓形樣地的攝影測(cè)量,實(shí)現(xiàn)二維至三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化。通過試驗(yàn)驗(yàn)證,基于全站儀配置CCD鏡頭的攝影測(cè)量方式,樣木胸徑測(cè)量的平均絕對(duì)誤差為0.16cm,平均相對(duì)誤差為0.86%,樹高測(cè)量的平均相對(duì)誤差為1.86%。并以示例說明單像圓形樣地單次獲取像片24張,可直接測(cè)量任意一株立木的胸徑、任意處直徑、樹高,進(jìn)而可以計(jì)算任意一株立木的樹干橫斷面積、立木材積、樣地株數(shù)密度、平均高、平均胸徑、樹心坐標(biāo)以及生成樣地圖等。由于全站儀比較笨重,操作水平高,操作和移動(dòng)都比較繁瑣并且在樣地中部分地區(qū)無法安置儀器,考慮到全站儀本身只應(yīng)用到測(cè)距、測(cè)角、定位等功能,基于此可將全站儀的測(cè)距、測(cè)角、定位功能集成到CCD鏡頭之中。因此本文提出以圖像自動(dòng)識(shí)別原理、攝影測(cè)量原理、相似三角形幾何原理和三角函數(shù)原理為理論基礎(chǔ),研制了可測(cè)量胸徑和樹高的多功能便攜式微型超站儀,該設(shè)備集成電荷藕合器件圖像傳感器、傾角傳感器、激光測(cè)距傳感器、中央處理器、存儲(chǔ)器、液晶顯示屏,測(cè)量時(shí)可獲取測(cè)站點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的傾角和距離2個(gè)參數(shù)值,并記錄存儲(chǔ)測(cè)量時(shí)的圖像信息,通過儀器的嵌入式操作程序,實(shí)現(xiàn)胸徑的自動(dòng)測(cè)量、樹高測(cè)量等基本功能。并以此為基礎(chǔ)開發(fā)實(shí)現(xiàn)單株立木的橫斷面積、立木材積、林分平均高、平均胸徑、株數(shù)密度、林分蓄積量的測(cè)量功能。通過試驗(yàn)驗(yàn)證,215株立木的單次胸徑測(cè)量的平均絕對(duì)誤差為0.37cm,平均相對(duì)誤差為2.08%。101株立木的單次樹高測(cè)量的平均相對(duì)誤差為1.44%。對(duì)所提出的三種攝影測(cè)量的儀器的測(cè)量類型和范圍,內(nèi)外業(yè)的操作流程,測(cè)量的精度以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比說明,以期對(duì)這三種儀器更好的應(yīng)用于不同條件下的森林調(diào)查之中,為森林資源調(diào)查的自動(dòng)化、無人化、智能化提供技術(shù)與方法支持,實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量技術(shù)在森林資源調(diào)查中的推廣應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P232
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本文編號(hào)：1314993