[发明专利]一种激光光尺影像测树装置及其测树方法

说明书

技术领域

本发明涉及林业测量领域，具体涉及激光光尺影像测树装置及测树方法。

背景技术

在林业调查中，需要对树木的树高、胸径、冠形、蓄积量以及生物量等因子进行量化。其中，树高指树木从地面上根茎到树梢之间的距离或高度；胸径指距根茎1.3m处的树木直径；冠形指的是树冠形状，树冠为树的第一个主枝或第一个分枝以上的部分；材积是指任何形式的木材体积；森林蓄积量是指一定森林面积上存在着的林木树干部分的总材积；生物量是森林植物群落在其生命过程中所产干物质的累积量。

目前，森林罗盘依然是完成森林调查任务的主要工具，森林罗盘主要用于磁定向及距离、水平、高差、坡角等测量工作。使用森里罗盘测树的主要问题在于：

1、各地的地磁场不同，磁偏角不同，所以需要修正磁偏角，处理过程烦琐；

2、受矿石、高压线、金属、电磁波的干扰的影响造成测量的误差大；

3、精度低、自动化程度低，造成处理和测量效果差。

角规是林业上普遍采用的林分测定工具。目前，最先进的角规测树仪仍然是Bitterlich,W.发明的林分速测镜。但在外业调查实际操作过程中，即便使用最先进的角规测树仪进行林分测定，仍然存在很大的误差：

1、绕测位置前移引起的误差。人体站立位置不与地面垂直,按角规扩大圆原理,就会产生误差。

2、观测位置不准引起的误差。由于地形、林下灌木的影响,人的视线不能准确瞄准树干1.3ｍ处,从而产生微差。

3、由于坡度引起的误差。传统角规测树仪适合于在平地使用，当在坡地上使用时，只能粗略地进行整体坡度改正，而对每株计数木进行坡度改正较麻烦，工作量大。

因此，采用传统角规测定林分造成的麻烦与误差是不可避免的。

此外，在其他信息采集领域中，利用现有的采集设备也会产生误差：

1）三维城市建模

城市三维建模前的数据采集一般是通过航拍、机载雷达、车载雷达、站式三维激光成像模块，全站仪等设备来完成。在建完白模后，还需现场为每栋房屋拍照贴纹理，以实现虚拟现实场景。现有的建模方法均是利用遥感影像结合地图的采集方法，例如：Arcgis、microstation以及Arcglobe等方法。

上述传统城市三维建模办法带来的问题是：

a）投入成本巨大，一台机载或车载雷达需1000万人民币；

b）测量周期太长，机载雷达需要在空运协调和天气良好的前提下才可飞行，站式三维激光成像模块测量一个目标物需要半小时；

c）后期处理复杂，根据三维激光成像模块扫描后的点云数据建好白模后，还需到现场拍照取纹理。

2）国土调查

传统国土调查常使用的方法有：

a）摄影测量后用解析式制图方法，精度可达到1：2000

b）实时动态载波相位差分技术RTK结合全站仪的方式；

上述方法为可以解决绝对坐标系统下的“一张图”工程，而面对有建设和变化的区域，如果没有控制点，需要找到国家大地测量的控制点或用无人机飞行，上述方法带来的问题是成本太高、效率太低。

3）水利普查

水利普查中的水土流失量是通过计算土壤侵蚀度来表示的。在土壤侵蚀监测时一般采用土壤侵蚀器进行测量。

这种方法带来的问题是仪器体积巨大，携带不便，工作效率低。

4）生态环保

目前生态调查、景观格局调查中对群落外貌、层次、特征等相关的信息描述，仅仅是定性描述，不能提取很有效的数据信息。

如果采用站式三维激光成像模块来解决生态群落之间的空间信息和相关性，带来的问题是设备的体积、重量大，野外携带极其不便；如果采用普通摄影的方式，则还是只能观察定性关系，无法提取到有效的空间信息数据作为支撑。

5）考古发掘

由于考古发掘现场的特殊性，使其必须在不破坏古文物现场的前提下，提供发掘所需的有效数据作为依据，且能实现不可到达区域的测量。

目前，部分考古发掘采用站式三维激光扫描的办法，此方法除仪器的体积、重量大，野外携带极其不便外，其数据量大，处理时间长，不便于为野外挖掘工作现场提供及时有效的数据支持，延长了野外考古的工作时间；

6）家装工程

目前在家装工程中，对室内的距离测量一般使用手持测距仪，此方法方便快捷。但是，手持测距仪仅仅只能够测量距离，测算家装价格和用料方面的功能。

7）日照分析