本文關(guān)鍵詞：攝影測(cè)樹原理與技術(shù)方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：森林資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)的目的在于查明和落實(shí)國(guó)家森林資源的數(shù)量和質(zhì)量,宏觀掌握森林資源的發(fā)展和變化,并為國(guó)家森林資源可持續(xù)發(fā)展決策提供數(shù)據(jù)支持,是國(guó)家森林資源管理的基礎(chǔ)。目前我國(guó)采用的傳統(tǒng)森林調(diào)查方法費(fèi)事、費(fèi)力,調(diào)查效率低下隨著技術(shù)的進(jìn)步,特別是隨著攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的發(fā)展,越來越多的林業(yè)工作者開始使用攝影測(cè)量測(cè)樹的方法來完成森林資源調(diào)查,使得森林資源調(diào)查技術(shù)開始向無接觸化、智能化、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。為了解決常規(guī)攝影測(cè)樹方法中必須依賴物方控制條件,且難以進(jìn)行樣地觀測(cè)的問題,本文以吉林省黃泥河林業(yè)局下轄林場(chǎng)為研究區(qū),圍繞“利用攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行單木和樣地測(cè)量的原理與技術(shù)方法”這一較為重要的林業(yè)調(diào)查問題展開了研究,主要研究包括通過原理、實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析遙感反演技術(shù)、無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)、常規(guī)近景攝影測(cè)量技術(shù)三種不同尺度攝影測(cè)樹方法的調(diào)查能力和局限性,最終提出使用雙目相機(jī)進(jìn)行單木觀測(cè)和樣地觀測(cè)的原理和技術(shù)方法,并通過模型和實(shí)驗(yàn)分析其誤差來源和影響精度的因素。首先,分析介紹了基于衛(wèi)星遙感影像的蓄積量模型反演計(jì)算方法,具體方法為對(duì)所選的遙感影像進(jìn)行幾何糾正和輻射糾正,對(duì)處理后的影像提取各波段的紋理因子光譜因子,結(jié)合地面蓄積量調(diào)查數(shù)據(jù)分析所提取的因子和蓄積量之間的相關(guān)性,通過相關(guān)性分析選擇蓄積量模型的備選因子,并通過統(tǒng)計(jì)分析的方法建立蓄積量和備選因子之間的多元線性回歸模型。并以吉林省黃泥河地區(qū)的資源3號(hào)衛(wèi)星影像為遙感數(shù)據(jù)源,與地面樣地調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行了分析,建立了黃泥河地區(qū)的森林蓄積量反演模型,并分析了模型的精度。同時(shí)提出了遙感反演方法進(jìn)行森林調(diào)查的局限性,即遙感數(shù)據(jù)源和地面數(shù)據(jù)的獲取的局限性,模型的精度和適用范圍的局限性,調(diào)查能力的局限性。其次,分析了無人機(jī)航空攝影測(cè)量測(cè)樹因子提取以及預(yù)估模型建立的方法,即對(duì)無人機(jī)獲取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,建立數(shù)字表面模型(DSM)和數(shù)字正射影像(DOM),從中提取單木樹高、冠幅以及林冠的平均冠幅、平均高和樣地的郁閉度、密度等,通過提取的因子和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)建立胸徑和蓄積量反演模型,進(jìn)而完成單木胸徑和林分蓄積量的估測(cè)。并通過黃泥河地區(qū)的無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)和地面調(diào)查數(shù)據(jù),分析了以上因子提取的精度,建立了當(dāng)?shù)氐臒o人機(jī)蓄積量和胸徑反演模型,并對(duì)模型進(jìn)行了精度評(píng)價(jià)。相對(duì)于衛(wèi)星遙感手段,無人機(jī)森林調(diào)查獲取的測(cè)樹因子種類更多,但是仍然無法完成胸徑和蓄積的直接測(cè)量。最后,在遙感和無人機(jī)調(diào)查都只能通過反演方法獲取胸徑數(shù)據(jù)的前提下,嘗試采用地面攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行單木和樣地調(diào)查,分析了現(xiàn)有現(xiàn)有常用近景攝影測(cè)量方法在森林調(diào)查中存在的問題,即其定向解算均需要外界輔助條件,僅能進(jìn)行單木或者小范圍林區(qū)的調(diào)查。為了解決以上問題,提出使用“自帶基線、垂直固定于三腳架上、正直或交向攝影、旋轉(zhuǎn)拍攝”的雙目相機(jī)來進(jìn)行單木和樣地調(diào)查的方法,固定基線可在無需物方控制條件的情況下在輔助坐標(biāo)系中完成定向,正直或交向攝影可以獲取較大的立體像對(duì)有效觀測(cè)區(qū)域,豎直放置相機(jī)可以減少因?yàn)檫吘夵c(diǎn)不為同名點(diǎn)而帶來的觀測(cè)誤差,固定于三腳架上和旋轉(zhuǎn)拍攝的手段可以直接獲取多組立體像對(duì)之間的空間轉(zhuǎn)換關(guān)系,達(dá)到擴(kuò)大觀測(cè)范圍的目的。并通過編寫軟件完成了雙目相機(jī)的同名點(diǎn)選取、相對(duì)定向、坐標(biāo)運(yùn)算、胸徑提取等內(nèi)業(yè)工作雙目相機(jī)可以在不需要外界輔助條件的相對(duì)坐標(biāo)系中進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算,可直接從立體像對(duì)中提取單木的胸徑、樹高、材積、干型等因子；通過安置在三角架上并旋轉(zhuǎn),即可以在已知旋轉(zhuǎn)角度關(guān)系的前提下將觀測(cè)區(qū)域擴(kuò)大并獲取多次拍攝之間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系,從而完成“圓形像片樣地”的拍攝,可從中進(jìn)行樣地調(diào)查,獲取樣地內(nèi)各目標(biāo)木胸徑、樹種、相對(duì)位置關(guān)系,并可以完成各種形狀樣地的轉(zhuǎn)換、樣地蓄積量的計(jì)算、角尺度、密度和株數(shù)等因子的計(jì)算。并通過模型和實(shí)驗(yàn)分析了雙目相機(jī)森林觀測(cè)的誤差來源和精度,即雙目相機(jī)獲取的結(jié)果精度除了與同名點(diǎn)的選取方式有關(guān),還與雙目相機(jī)的基線長(zhǎng)度B和拍攝距離L相關(guān),基線長(zhǎng)度越長(zhǎng),拍攝距離越短,其結(jié)果精度越高,并通過實(shí)驗(yàn)獲取了文中所用的雙目相機(jī)基線長(zhǎng)度與攝影距離之間需要滿足的關(guān)系,即L≤10B。雙目相機(jī)的野外測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明,使用雙目相機(jī)測(cè)量單木胸徑、樹高和材積的平均相對(duì)誤差分別為1.8%、3.6%、6.1%,在黃泥河林業(yè)局下轄的威虎河林場(chǎng)建立的圓形像片樣地中,計(jì)算所得的蓄積量的平均相對(duì)誤差為5.5%,最大相對(duì)誤差為8.2%,使用雙目相機(jī)建立像片樣地有效的縮短了森林調(diào)查的外業(yè)工作時(shí)間,提高了調(diào)查效率,并且使調(diào)查結(jié)果能夠以照片的形式長(zhǎng)期保存,可反復(fù)利用,為森林監(jiān)測(cè)調(diào)查的自動(dòng)化、無人化、智能化提供了技術(shù)與方法支持。
【關(guān)鍵詞】：森林調(diào)查 遙感反演 攝影測(cè)樹 雙目相機(jī) 單木因子測(cè)量 相片樣地
【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】：2015
【分類號(hào)】：TP751
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-13
• 1 引言13-21
• 1.1 選題的目的和意義13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展15-16
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展16-18
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)外近景攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展18-19
• 1.2.4 雙目視覺技術(shù)的發(fā)展19-20
• 1.3 本章小結(jié)20-21
• 2 研究?jī)?nèi)容、數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理21-34
• 2.1 主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 2.1.1 研究?jī)?nèi)容21
• 2.1.2 技術(shù)路線圖21-22
• 2.1.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)22-23
• 2.2 研究區(qū)概況23-26
• 2.2.1 研究區(qū)示意圖23
• 2.2.2 自然地理?xiàng)l件23
• 2.2.3 森林資源情況23-24
• 2.2.4 氣候情況24
• 2.2.5 地貌情況24-25
• 2.2.6 植物情況25
• 2.2.7 社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況25-26
• 2.3 數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理軟件26-32
• 2.3.1 雙目相機(jī)數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理26-27
• 2.3.2 無人機(jī)影像數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理27-31
• 2.3.3 遙感影像數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 3. 衛(wèi)星遙感蓄積量反演模型建立34-44
• 3.1 常用的遙感數(shù)據(jù)源34-35
• 3.1.1 Landsat系列34
• 3.1.2 SPOT系列34
• 3.1.3 QuickBird系列34-35
• 3.1.4 資源3號(hào)(ZY-3)系列35
• 3.2 遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理35-36
• 3.2.1 幾何校正35-36
• 3.2.2 輻射校正36
• 3.3 遙感因子提取36-39
• 3.3.1 像元光譜因子提取36
• 3.3.2 植被指數(shù)因子提取36-38
• 3.3.2.1 基于波段線性組合的簡(jiǎn)單植被指數(shù)37
• 3.3.2.2 用于消除影響因子的植被指數(shù)37
• 3.3.2.3 針對(duì)高光譜遙感和熱紅外遙感的植被指數(shù)37-38
• 3.3.3 紋理因子提取38-39
• 3.4 蓄積量估算方法39-40
• 3.4.1 反演因子確定39-40
• 3.4.2 蓄積量反演模型40
• 3.5 黃泥河林業(yè)局蓄積量反演模型40-42
• 3.6 本章小結(jié)42-44
• 4. 無人機(jī)攝影測(cè)量測(cè)樹因子提取及預(yù)估模型建立44-62
• 4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理44-47
• 4.1.1 無人機(jī)測(cè)區(qū)大小44-45
• 4.1.2 空中三角測(cè)量45
• 4.1.3 IMU/DGPS輔助航空攝影測(cè)量45-46
• 4.1.4 DOM的生成和制作46-47
• 4.2 樹冠的提取和測(cè)量47-50
• 4.2.1 林木樹冠紋理特征提取49
• 4.2.2 單木樹冠確定49
• 4.2.3 樹冠輪廓確定49-50
• 4.2.4 樹冠因子提取50
• 4.3 郁閉度、密度的計(jì)算50
• 4.4 樹高的提取50-51
• 4.5 單木及林分模型的建立51-54
• 4.5.1 胸徑-樹高模型51-52
• 4.5.2 冠幅-胸徑模型52-53
• 4.5.3 冠幅、樹高-胸徑模型53
• 4.5.4 無人機(jī)航空蓄積量反演模型53-54
• 4.6 結(jié)果及驗(yàn)證54-61
• 4.6.1 樹高對(duì)比數(shù)據(jù)54-55
• 4.6.2 冠幅對(duì)比數(shù)據(jù)55
• 4.6.3 模型反演結(jié)果55-61
• 4.6.3.1 胸徑-樹高建模結(jié)果55-57
• 4.6.3.2 胸徑-冠幅建模結(jié)果57-58
• 4.6.3.3 胸徑-冠幅、樹高模型58-59
• 4.6.3.4 航空蓄積量模型結(jié)果59-61
• 4.7 本章小結(jié)61-62
• 5. 雙目相機(jī)測(cè)樹原理與技術(shù)方法研究62-124
• 5.1 近景攝影測(cè)量基本理論62-73
• 5.1.1 攝影測(cè)量中常用的坐標(biāo)系62-63
• 5.1.2 攝影測(cè)量影像的內(nèi)外方位元素63-65
• 5.1.3 坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移65-67
• 5.1.4 共線方程及共面方程67-69
• 5.1.5 相機(jī)的畸變參數(shù)和相機(jī)檢校69-72
• 5.1.6 相對(duì)定向72-73
• 5.2 雙目相機(jī)測(cè)樹原理及其軟件實(shí)現(xiàn)73-90
• 5.2.1 現(xiàn)有的近景攝影測(cè)量森林調(diào)查方法73-74
• 5.2.2 雙目相機(jī)的設(shè)置思路74-80
• 5.2.3 坐標(biāo)提取與胸徑計(jì)算80-84
• 5.2.3.1 基于點(diǎn)投影系數(shù)的立體像對(duì)前方交會(huì)80-81
• 5.2.3.2 基于共線方程的立體像對(duì)前方交會(huì)81
• 5.2.3.3 胸徑計(jì)算及精度驗(yàn)證81-84
• 5.2.4 雙目相機(jī)的旋轉(zhuǎn)84-88
• 5.2.4.1 繞X軸的旋轉(zhuǎn)85-87
• 5.2.4.2 繞Y軸的旋轉(zhuǎn)87-88
• 5.2.5 雙目相機(jī)測(cè)樹軟件實(shí)現(xiàn)88-90
• 5.3 雙目相機(jī)的攝影距離、基線與精度的關(guān)系研究90-108
• 5.3.1 目標(biāo)樹與雙目相機(jī)位置的關(guān)系研究90-95
• 5.3.2 基線長(zhǎng)度、攝影距離與測(cè)量精度的關(guān)系95-102
• 5.3.2.1 正直攝影的精度估算95-100
• 5.3.2.2 交向攝影的精度估算100-102
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果102-108
• 5.3.3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備103
• 5.3.3.2 實(shí)驗(yàn)方法103-104
• 5.3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果104-108
• 5.4 雙目相機(jī)的測(cè)樹應(yīng)用108-123
• 5.4.1 單木調(diào)查108-114
• 5.4.1.1 樹高測(cè)量108-109
• 5.4.1.2 干型提取109-110
• 5.4.1.3 立木材積測(cè)量110-112
• 5.4.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果112-114
• 5.4.2 像片樣地114-118
• 5.4.2.1 圓形像片樣地的建立114-115
• 5.4.2.2 圓形像片樣地的內(nèi)業(yè)處理115
• 5.4.2.3 樹心坐標(biāo)獲取及轉(zhuǎn)換115-116
• 5.4.2.4 像片樣地的大小和遮擋木116-117
• 5.4.2.5 像片樣地的成果和蓄積量計(jì)算117-118
• 5.4.2.6 像片樣地的工作量118
• 5.4.3 黃泥河林業(yè)局的像片樣地結(jié)果118-121
• 5.4.4 其他形狀的像片樣地121-123
• 5.4.4.1 方形樣地121
• 5.4.4.2 不規(guī)則多邊形樣地121-122
• 5.4.4.3 圓形樣地群122-123
• 5.5 本章小結(jié)123-124
• 6. 結(jié)論與討論124-127
• 6.1 結(jié)論124-126
• 6.2 討論126-127
• 參考文獻(xiàn)127-135
• 個(gè)人簡(jiǎn)介135-136
• 導(dǎo)師簡(jiǎn)介136-138
• 獲得成果目錄138-139
• 致謝13

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本文編號(hào)：400382