[发明专利]一种基于方位角与距离的树冠投影测量方法及系统

说明书

本发明公开一种基于方位角与距离的树冠投影测量方法及系统。方法包括：获取树冠在地面的投影点；获取胸径处树干中心点；根据各所述投影点和所述胸径处树干中心点，确定反方位角；计算各所述投影点和所述胸径处树干中心点的水平距离；以所述胸径处树干中心点为极点，以所述极点的正北方向为极轴，以顺时针为极角方向建立平面极坐标系；根据所述投影点的反方位角和与所述投影点对应的水平距离，在所述平面极坐标系上标注所有所述投影点的坐标点；将所述坐标点以首尾相连的方式连接，得到闭合多边形，所述闭合多边形为树冠投影图；根据各所述投影点的坐标点确定所述树冠投影图的面积。采用本发明的方法或系统能够快速、准确、高效地测量树冠投影形状与面积。

技术领域

本发明涉及树冠投影领域，特别是涉及一种基于方位角与距离的树冠投影测量方法及系统。

背景技术

树冠大小反映了树木的生长空间与竞争能力，树冠投影是树冠大小、形状与面积的直接反映，是林业与生态中的一个常用指标。散生树树冠通常近似为圆形或椭圆形，测量较为容易。在森林中，由于树种、生长环境的差异，以及临近树木的竞争挤压，使得树冠形状千差万别，精确的测量树冠是一项繁杂费时的工作。树冠投影的测量有直接量距法、全站仪测量法、激光点云法、高分辨率遥感影像法几种，但目前的测量方法在成本、精度、可操作性与测量效率等方面存在较多问题，一般地，成本低的方法操作简单但精度低，精度高的方法成本高且操作复杂。

直接量距法：测量树冠投影，通常是3人一组，1人站于树干位置、1人站于树冠边缘投影处，通过钢尺或卷尺测量水平距离，另一人记录并绘出树冠投影图。不能同时测量角度，通常依靠经验判断，角度误差大。测距时通过目视测尺是否水平来获得水平距离，判断主观性大，难以保证为水平距离，在坡地上测量时更为困难。需要多人同时工作，也不建立坐标系统，通常在坐标纸上绘图。测量与绘图费工、费时且精度难以保证。

全站仪测量法：利用高精度的全站仪，通过预先设定的两点定向并建立相对坐标系，测量树冠四周外围枝叶的三维坐标，通过坐标再计算树冠投影形状与面积。由于全站仪的视野限制，一次只能测量测站一侧树冠上点的坐标，测量树冠四周时需要设立控制点，并多次搬站在各控制点上进行测量。全站仪价格较高，体积与重量较大，仪器安置需时长，不利于森林环境中使用。测量作业技术难度大，耗时长，效率较低。

激光点云法：利用机载雷达或地基雷达对森林进行扫描，获得数量庞大的点云数据，通过点云单木提取算法，得到树冠的形状与投影。此种方法设备价格更高，数据处理专业性非常高，且处理过程复杂。由于数据量庞大，要求的电脑硬件性能较高。进行多棵树树冠测量时，存在树冠边界相连不易或不能区分问题。

高分辨率遥感影像法：在高分辨率遥感影像中单株树冠清晰可见，基于高空间分辨率遥感影像，目前主要采用面向对象提取技术，主要根据像元的灰度、纹理和形状等影像分割方法将“同类栅格”聚类为同一个对象，从而实现单木树冠的提取。卫星高分辨率遥感影像时间分辨率较低，通常只能利用往期的遥感影像，不能获取现状的树冠投影；而航拍的高分辨率遥感影像虽然能获取现状的树冠状态，但是价格过于昂贵，往往受到经费限制，适用性较低。高分辨率遥感影像法数据处理复杂，相连的树冠边界不能准确区分。就单独测量树冠来说，高分辨率遥感影像法是一种成本高、精度低的测量方法，但可进行大范围的树冠测量，具有较高的测量效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于方位角与距离的树冠投影测量方法及系统，能够快速、准确、高效地测量树冠投影形状与面积。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于方位角与距离的树冠投影测量方法，所述方法包括：

获取树冠在地面的投影点；

获取胸径处树干中心点；

根据各所述投影点和所述胸径处树干中心点，确定反方位角，所述反方位角为胸径处树干中心点与树冠投影点连线的方位角；