CN103162635A

CN103162635A - 一种使用相机测量胸径及树高的方法

Info

Publication number: CN103162635A
Application number: CN2013100545441A
Authority: CN
Inventors: 冯仲科; 樊仲谋; 郭欣雨; 樊江川; 高原
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明是关于在不伐倒立木的情况下测量立木的高度，任意部位的直径和蓄积，特别是提出通过对数码相片林木边界提取的方法测得相关数据。将立体摄影应用在林业上，不用伐倒立木，就可以测量立木的高度，任意部位的直径和蓄积，为全面分析树木的生长状况带来新的方法，为林业调查带来了更方便，更精确的方法。利用普通数码相机进行立体摄影测树的方法简便易行，只要严格按照技术要求操作，便能取得满意的调查结果。

Description

一种使用相机测量胸径及树高的方法

一、技术领域

本发明是关于在不伐倒立木的情况下测量立木的高度，任意部位的直径和蓄积，特别是提出通过对数码相片林木边界提取的方法测得相关数据。

二、技术背景

1839年达蔡尔发明了摄影学，随之在1858年由巴黎摄影师纳达首先从空中对地面进行了摄影试验。十九世纪中，法国人Laussedat研究应用量测相机拍摄地面像片来绘制地形图。1901年德国的Pulfrich和1903年南非的Fourcado分别研究并制出了立体坐标量测仪，发展为地面立体摄影测量。1838年Wheatstne发明了立体镜。到1907年Jena Zeiss厂设计了第一台立体自动测图仪，使测图方法得到进一步完善。直到第一次世界大战，近景摄影测量的发展几乎和摄影测量的发展是一样的。二者都是从地面站拍摄像片，使用的方法和仪器也相同。到1920年摄影测量已经主要使用航空像片了。同时为使用航空像片而发展了立体测图仪器，这些仪器是用光学、机械办法来恢复被摄地区的立体模型。这些仪器主要用于测制地形图，而有些仪器的设计也可适用于地面摄影测量和近景摄影测量。从1920年到1960年期间，发展了使用固定基线的立体量测相机，这种相机的测图系统能用于建筑、考古、工程、采矿和事故等方面，这些都是近景摄影测量的重要发展。随着近景摄影测量技术的发展，其应用的方面越来越广泛。将立体摄影应用在林业上，不用伐倒立木，就可以测量立木的高度，任意部位的直径和蓄积，为全面分析树木的生长状况带来新的方法，为林业调查带来了更方便，更精确的方法。

利用普通数码相机进行立体摄影测树的方法简便易行，只要严格按照技术要求操作，便能取得满意的调查结果，因此，立体摄影测树是一种高效、准确的测定技术。

三、发明内容

为了克服现有测树方法低效率、高成本的情况，能够方便快捷的量测树木，本发明的目的是提供一种基于数码相机的林木量测方法，它克服了传统方法的缺点，为林业调查带来了更方便，更精确的方法。

本发明的目的是这样实现的：

1.由十字尺作为树木参照物，以数码相机为工具对林木量进行摄影，运用数字图像处理的方法，对数码相片直接进行处理，获取相关数据继而计算出树木的胸径、高度及蓄积，具体步骤如下：

首先，在树木前方的地块中安置十字尺，保持水准器水平，转尺转到90°方向，采用视距法测得相机安置点至十字尺的距离L，实时存储至PDA中；

其次，利用普通数码相机瞄准在地块上竖立的转尺，以垂直于转尺的方向进行全景拍摄，将所摄相片导入软件，根据相片建立平面像方直角坐标系o-xy，然后，以相片中基尺方、转尺方向以及拍摄方向建立三维物方直角坐标系O-XYZ，利用十字尺上的坐标获取相片上相应16个像元的物方坐标及像方坐标，建立像方坐标系与物方坐标系之间相对应的模型关系

\{\begin{matrix} X = f (x, y) \\ Y = g (x, y) \\ Z = i (x, y) \end{matrix}.

最后，利用空间前方交会计算待测单木树干的各点坐标，结合已测数据根据等比例原理求出树高和胸径。

本项发明与现有方法相比具有以下优点：

(1)摄影测树的方法不受地形的限制，并且快捷、方便；

(2)普通数码相机价格便宜、轻便、且林区郁闭度较大时也可以使用，更适合在林区使用，节约时间，减少了工作量，提高了工作效率；

使用PDA存储与处理数据，大大提高了野外工作的自动化程度。

四、附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1为十字尺结构示意图，图2为单木量测示意图。

五、具体实施方式：

普通数码相机林木量测方法与现有方法不同，作了很大改进，具体是：

以普通数码相机为工具测量树高与胸径，首先选择待测树木，在树木前方的地块中安置十字尺，保持水准器水平，转尺转到90°方向，采用视距法测得相机安置点至十字尺的距离L，然后利用普通数码相机瞄准在地块上竖立的转尺，以垂直于转尺的方向进行全景拍摄，根据相片建立平面像方直角坐标系o-xy，然后，以相片中基尺方、转尺方向以及拍摄方向建立三维物方直角坐标系O-XYZ，利用十字尺上的坐标获取相片上相应16个像元的物方坐标及像方坐标，利用控制点的地面坐标及相应的像点坐标计算各自的6个外方位元素，用外方位元素计算出基线分量、投影系数及待测点在各自的像空间辅助坐标系中的坐标，最后利用空间前方交会计算待定点的地面摄影测量坐标结合已测数据根据等比例原理求出树高和胸径。

根据已有测量计算方法，将十字尺插入小班中心的土地中，保持水准器水平，转尺转到90°方向，利用普通数码相机在同一平面以垂直于转尺方向的不同位置进行两次全景拍摄，两次拍摄点的间隔距离为10米，测量两个拍摄点之间的距离D，两个拍摄点到十字尺的距离L，利用相片建立平面像方直角坐标系x₁oy₁ix₂oy₂，以相片中基尺方向，转尺方向以及拍摄方向建立三维物方直角坐标系，利用十字尺上的坐标获取相片上相应16个像元的物方坐标及像方坐标，使用空间前方交会公式计算待定点的地面摄影测量坐标结合已测数据根据等比例原理求出树高，再用角规计算样地内总的计数木株树Z_h；最后根据数模

计算出林分平均高，继续量测，直至测完整个样区。

Claims

1.一种使用普通数码相机测量胸径及树高的方法，其特征是：将特制的十字尺按要求插在待测的单木旁或者小班中，使用普通数码相机按要求对单木或小班进行全景拍摄，用卷尺测量摄影地点与特制十字尺之间的距离L并记录，将拍摄所得相片导入处理软件获取待测目标的相片坐标，利用特制十字尺以及距离L获取待测目标的相对大地坐标，利用坐标通过建模分析及空间前方交会获取单木或者小班的胸襟及树高。

2.一种基于权利要求1中所述的特制的十字尺，其特征是：十字尺由底座、基尺和转尺组成。底座为15cm高，锥底半径1.5cm的圆锥体，锥底面有向外2cm的延伸。尺身由基尺和转尺构成，基尺长130cm，与底座相连，顶端有水准器。转尺长100cm，可以90°旋转，其旋转轴心利用可操作的螺丝固定在基尺的80cm高处。

3.一种基于权利要求1中所述的测量单木胸径及树高的方法，其特征是：将权利要求2中所描述的十字尺插在待测单木旁边的土地中到基座延伸卡入地面为止，保持水准器水平，转尺转到90°方向，利用普通数码相机以垂直于转尺的方向进行全景拍摄，测量拍摄点到十字尺的距离，将相片导入处理软件，建立平面像方直角坐标系xoy，以相片中基尺方向，转尺方向以及拍摄方向建立三维物方直角坐标系xyz，利用十字尺上的坐标获取相片上相应16个像元的物方坐标，利用软件建立像方坐标系与物方坐标系之间相对应的模型关系

\{\begin{matrix} X = f (x, y) \\ Y = g (x, y) \\ Z = h (x, y) \end{matrix}.

通过模型解算待测单木的树干各点坐标，获取待测胸径及树高。

4.一种基于权利要求1中所述的测量小班胸径及树高的方法，其特征是：将十字尺插入小班中心的土地中到基座延伸卡入地面为止，保持水准器水平，转尺转到90°方向，利用普通数码相机在同一平面以垂直于转尺方向的不同位置进行两次全景拍摄，两次拍摄点的间隔距离不超过10米，测量两个拍摄点之间的距离L₀，两个拍摄点到十字尺的距离L₁、L₂。将相片导入处理软件，建立平面像方直角坐标系x₁oy₁和x₂oy₂，以相片中基尺方向，转尺方向以及拍摄方向建立三维物方直角坐标系X₁Y₁Z₁和X₂Y₂Z₂，利用十字尺上的坐标获取相片上相应16个像元的物方坐标及像方坐标，使用空间前方交会公式

\{\begin{matrix} x - x_{0} = - f \frac{a_{1} (X - X_{5}) + b_{1 (Y - Y_{5}) + c_{1} (Z - Z_{5})}}{a_{3} (X - X_{5}) + b_{3 (Y - Y_{5}) + c_{3} (Z - Z_{5})}} \\ y - y_{0} = - f \frac{a_{2} (X - X_{5}) + b_{2 (Y - Y_{5}) + c_{2} (Z - Z_{5})}}{a_{3} (X - X_{5}) + b_{3 (Y - Y_{5}) + c_{3} (Z - Z_{5})}} \end{matrix}

解算参数，利用解算的参数以及前方交会公式求解小班中任意树干点的坐标，利用坐标求解待测胸径及树高。