全站仪测量立木胸径树高及材积的误差分析

立木材积表是常用的森林调查数表,胸径、树高和材积的测量精度直接影响到编制材积表的精度,该文以全站仪无损测量立木的原理和误差传播理论为基础,推导了测算胸径、树高、材积误差的数学模型,研究了各立木因子间的相关性及其误差变化规律。结果表明：树干各分段高度与分段直径间存在弱相关性,树干总材积的误差受各分段材积的方差和相邻两段材积间的协方差影响。全站仪立木因子测量理论误差材积大于树高和胸径,其中胸径、树高和材积的平均相对误差分别为0.070%、0.023%和0.235%,说明全站仪无损测量立木的理论精度均远高于不同目标的林业调查及编制材积表的精度要求,对大范围的林业生产实践有着现实意义。     

便携式高精度立木胸径测量装置研制与试验

立木胸径是森林资源调查中最重要的测量指标。为了实现高效、精准、简便地测量立木胸径,适应复杂树形和不同径级的树木,节省内外业勘测成本,该研究研制了一款新型立木胸径测量装置。基于隧道磁阻旋转编码器构建适合低成本、轻小型机电结构和高分辨力处理算法的方法,同时开发了由嵌入式软件、Android端应用和Web端应用构成的系统软件,通过多功能按键组合设计了特殊树形和大径级树木的作业流程。在单木勘查作业过程中,装置的机电结构会将立木胸径由机械量先转换为磁信号再转换成电信号,之后由嵌入式软件中集成的处理算法把电信号换算成胸径测量数据。完成所有单木勘查作业后,装置内的蓝牙将数据传输至Android端应用进行存储再上传到Web端的数据库中。为验证装置的测量精度和作业效率,选取包含多个树种的196株立木和一块包含42株立木的小样地进行试验。试验结果表明：该装置对不同径级的立木都具有较高的测量精准度（总平均绝对误差为0.08 cm、平均绝对百分比误差为0.37%、均方根误差为0.12 cm和相对均方根误差为0.54%）;人均每株立木测量耗时为9.3 s（约为传统围尺方法的1/3）,作业效率高。该装置解决了传统围尺在数据量测、记录和入库上的短板,降低了人力成本,比非接触式、卡测类、电子拉绳类仪器的制造成本低几百到上万元,造价仅为260元,且携带方便（仅重230 g）,符合国家森林资源连续清查技术规定的精度要求,在森林资源调查中具有宽广的应用前景。     

手持式数字化多功能电子测树枪的研制与试验

为了实现森林的数字化、多功能、精准计测,该文研制了一种数字化多功能电子测树枪,该设备以MEMS(micro-electro-mechanical systems)测角传感器、激光测距传感器、电子罗盘等主要硬件为基础,通过测量距离、倾角、磁方位角3个参数,基于三角函数原理,嵌入操作软件,实现了树高测量、林分平均高测量、株数密度测量、角规绕测、任意高度直径测量、基本测量6项功能。并将该设备在河南省、内蒙古等地林场进行了试验,试验结果表明,树高测量精度最高,达99.39%,林分平均高测量精度最低,为94.97%,其他功能精度都在95%以上,可以满足林业外业调查的需要。     

Development and experiment of handheld digitalized and multi-functional forest measurement gun

为了实现森林的数字化、多功能、精准计测,该文研制了一种数字化多功能电子测树枪,该设备以MEMS（micro-electro-mechanical systems）测角传感器、激光测距传感器、电子罗盘等主要硬件为基础,通过测量距离、倾角、磁方位角3个参数,基于三角函数原理,嵌入操作软件,实现了树高测量、林分平均高测量、株数密度测量、角规绕测、任意高度直径测量、基本测量6项功能。并将该设备在河南省、内蒙古等地林场进行了试验,试验结果表明,树高测量精度最高,达99.39%,林分平均高测量精度最低,为94.97%,其他功能精度都在95%以上,可以满足林业外业调查的需要。     

实时动态多功能双目立体摄影测树仪设计

为了实现林木精准实时定位,满足森林资源调查中多因子精准计测的需求,研发了一种集单木像对解算和林分点云测量于一体的多功能、高精度、实时定位的实时动态(real-time kinematic, RTK)双目立体摄影测树仪。该仪器以摄影测量和全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)空间定位技术为基础,利用三角函数原理、双目摄影测量解算原理和基于运动结构(structure from motion, SfM)视觉算法,通过内嵌操作软件,实现了林木位置实时定位及林分样木还原、胸径测量、树高测量、株树密度测量、林分空间结构参数测量等功能。通过试验验证,在单木测量模式下,能快速实现林木定位,其胸径测量精度为97.11%,树高测量精度为94.72%;在林分测量模式下,依"仿航线法"观测,能快速建立林分点云模型,并实现了林分调查因子和林分空间结构参数的高效提取,其中林分胸径提取精度达到97.18%。该仪器测量精度符合林业调查的精度要求,可在森林资源调查及精准林业工作中推广使用。     

树冠遮挡条件下全站仪测量树高及材积方法

树高、材积是森林调查中最重要的测树因子,对森林资源调查和林业科学研究有着重要的意义。为了解决林区遮挡条件下无法精确量测树高进而无法确定单木材积的问题,该研究运用全站仪进行森林样地外业数据采集,对内蒙古赤峰市旺业甸林场的188株落叶松和146株白桦进行量测。对每一株立木分别量测胸径、最高可观测处干径和该处距地面的距离以及这2处之间的中间位置的干径和该处距地面的距离,然后分别利用相似三角形法、简单生长经验方程法和孔兹干曲线方程法估算出树高及材积。试验的最高可观测的位置做了以下4种情况的假设:1/3树高、1/2树高、2/3树高和9/10树高。对这4种情况分别求得树高及材积,最后分别对其进行精度分析,得到随着最高可观测部分的增高以及观测点数的增加,测算出的树高及材积会越来越精准。其中运用生长经验方程,测算树高和材积的精度都能达到70%~80%;运用孔兹干曲线法测算树高和材积的精度都能达到70%~90%。该方法可用于林区遮挡条件下单株立木材积的测量,对实际生产有一定的参考意义。     

基于无人机遥感影像的高精度森林资源调查系统设计与试验

为了实现林业的可持续发展,满足当今森林资源的精准化监测和信息化管理,该文以无人机航拍影像为数据基础,充分结合摄影测量技术、无人机影像后处理技术、地理信息系统技术和林业资源调查管理技术,构建了适用于林业调查和管理的专业森林资源调查系统。该系统以C#为编程语言,结合ArcGIS Engine10.2嵌入式组件技术开发而成,利用无人机影像实现高效快捷的林地空间区划、面积平差和高精度大比例尺的森林小班调查、信息提取等功能,可实现资源数据库的及时更新,极大地缩短了传统调查模式的调查周期,实现了森林资源的科学化管理。以辽宁老秃顶子林场作为试验区,利用1st Opt优化分析软件引入决定系数、估计值的标准差等评定因子,确定试验区冠径、树高、胸径之间的最优模型。同时基于试验区获取数据对系统进行了精度验证,结果表明,该系统获取坡度和高程的相对误差分别为5.17%和5.41%,株树密度、蓄积量的相对误差为2.68%和4.01%。     

UWB定位摄影测树仪设计与试验

为了实现森林样地高效、精准测定,该研究研制了一种具有实时定位功能和林分摄影测量功能的超宽带(Ultra Wide Band, UWB)定位摄影测树仪,该仪器主要由姿态传感器、UWB定位模块、CCD镜头和固定杆组成,以UWB定位技术和摄影测量理论为基础,结合到达时间差(Time Difference of Arrival, TDOA)定位算法、三边定位算法、运动恢复结构(StructureFromMotion,SFM)点云匹配算法实现摄影测树仪的林下精准定位、影像获取以及林木坐标测量、胸径测量功能。为了验证仪器的林分参数提取准确性,选择4种不同林种的人工林进行试验。根据摄影测量影像特征点的匹配特点,设计"环绕拍摄"样地观测方法,利用Pix4D软件对拍摄的影像和点位坐标进行三维点云构建,利用LiDAR360对重建后的三维点云进行去噪处理、胸径和立木位置提取。结果表明,所设计的仪器能够快速获取样地影像和影像坐标信息,胸径测量值的偏差为-0.04～0.42 cm,均方根误差为0.26～0.51 cm;立木位置测量值偏差为-0.16～0.27 cm,均方根误差为0.23～0.34 m。胸径测量精度能够满足森林资源调查的精度要求,可进一步推广应用于森林资源调查。     

基于典型叶片模板自动匹配的虫损叶面积测量

为了定量化评估农作物的虫害程度,提出了一种基于典型叶片模板自动匹配的叶片虫损面积测量新方法。先将叶片图像二值化并提取其外轮廓;再对提取的轮廓进行多边形近似,以多边形的顶点为端点将叶片外轮廓划分成若干子轮廓;然后采用形状上下文对完整叶片与虫损叶片之间的子轮廓进行自动配准,找出其间的相互映射关系;最后根据映射关系对虫损叶片进行重建,计算出虫损面积。对10类不同叶片的测量分析表明：该方法平均每叶片耗时0.962 s,最大相对误差为8.22%,平均相对误差为4.78%。其中,形状复杂度高的叶片平均相对误差为7.48%,复杂度中等的叶片为5.99%,复杂度低的叶片为1.84%。结果表明,该方法能准确而快速地测量虫损叶面积。     

湿地松人工林地径与胸径树高模型的研究

应用样木资料,采用多方程分析对比法建立胸径与地径及树高与地径的相关数学模型,所建立的模型平均相对误差低于2％,预估效果理想,从而为通过地径的测定,应用二元立木材积表测定湿地松人工林被伐木材积提供了科学依据,在实践上有应用价值。     

Nitrogen mineralization and water-table height in oligotrophic deep peat

Summary Peat cores, 0–60 cm depth, were taken on 14 occasions from three experimental plots where the water levels in the surrounding ditches had been artificially controlled for 14 years at 0, 20 and 50 cm below the surface. Numbers of aerobic and anaerobic ammonifying bacteria in the profile were significantly increased (P< 0.05) by lowering the water level from 0 to 50 cm. These increases occurred mainly in the surface 20 cm horizon, where 80%–90% of the ammonifying bacteria in the profile occurred. Mineral N in fresh samples, which was present almost entirely as ammonium, decreased sharply with depth below 20 cm, and on two occasions concentrations were significantly greater (P<0.05) in plots with water levels at 20 and 50 cm than in the flooded peat. Readily mineralized N, produced during waterlogged incubation at 30°C for 9 weeks, was significantly greater (P<0.05) on eight occasions in samples from plots with water levels at 20 or 50 cm than in those where the water level was at the surface. Calculations showed that the increases in N availability as a result of lowering the water-table could be attributed mainly to deeper rooting.     

基于机载小光斑全波形LIDAR的作物高度反演

为了填补利用激光雷达反演作物冠层高度的空白,本文以全波形激光雷达发射与回波波形的高斯性为理论基础,首先通过对波形的拟合,实现作物与土壤波形的剥离,然后确定回波波形上各关键点,最后结合作物冠层结构的特征获得作物冠层高度。验证结果表明：反演作物冠层高度的绝对误差在0.06 m以内,相对误差小于5.2%。该方法对于反演其他植被结构参数也具有重要的借鉴意义。     

平面翻堆机转子高度调节系统

为了实现平面翻堆机转子的高度调节、水平平衡及安全保护,该文对翻堆机行走系悬置的液压系统及其控制器进行了研究,研究采用变结构和PID联合控制,获得转子水平的较高控制精度;通过采用线性随机二次型最优控制推导出转子高度调节的控制规律,仿真得出了不同信号输入下各参数的变化规律;同时基于预设的作业基准,实时完成转子高度控制。该控制策略能有效地消除因干扰力而引起的振荡现象,达到平滑的控制目标;油气悬置采用LQG控制,对转子高度调节性能有所提高。     

计算喷雾干燥塔直径和高度的解析法

为了改进图解积分法要反复查列线图的繁琐过程及克服该法不能编程计算的困难，提出了计算喷雾干燥塔直径和高度的一种新方法——解析法。采用解析法导出了过渡区(喷雾干燥大部分情况均落在此区间)计算雾滴水平飞翔距离和时间、雾滴减速运动垂直下降距离和时间的解析式，还导出了层流区、湍流区计算雾滴运动距离的解析式。利用这些解析式结合已报道的层流区及湍流区计算雾滴运动时间的有关解析式即可用解析法求出喷雾干燥塔的直径和高度。算例表明，解析法比图解积分法简便、准确，解析法手算或计算机编程计算均很方便、计算精度可以满足工程设计要求。     

向日葵株高和茎粗的空间结构性初步分析

通过对向日葵的株高、茎粗两生育指标田间系统采样研究，将影响系数法进行补充后应用到对两生育指标的原始数据特异值处理中。运用地质统计学原理探讨了株高、茎粗两生育指标的空间结构性并建立了变差函数模型。结果显示两变量具有较明显的区域化变量特征和较好的空间结构性，可用区域化变量理论来分析研究，经特异值处理后块金常数(C₀)值有了不同程度的降低。弥补了单纯采用经典概率统计法对作物生育指标进行分析的不足，对作物信息进行空间结构性和定量化研究可为精确农业的实施提供必要的技术支撑。     

基于ResNeXt单目深度估计的幼苗植株高度测量方法

幼苗高度是幼苗培育过程中的重要性状,是幼苗生长状况和优良性状筛选的重要参考指标.针对目前研究多选用专业测量工具、使用带有标记的测量手段这一现状,该研究提出了一种基于单目图像深度估计技术的幼苗高度无参测量方法.首先以NYU Depth Dataset V2深度数据集为基础,以ResNeXt 101网络为深度估计网络主体实...     

篱式果园冠高与冠形随纬度变化探讨

该文根据不同时刻太阳位置计算篱式果园满足光照条件的树篱确形角。对不同纬度地区,在冠间距一定的情况下，使树冠横截面上下发生变化，从而导出确定树冠高度的数学表达式。并讨论不同纬度地区适合的冠形，为调整树冠高度等参数提供依据，为在篱式果园中果树的合理栽植与整形提供参考。     

水稻秸秆养分垂直分布特征与不同留茬高度下还田养分估算

为了明确水稻植株不同层次的秸秆养分特征,科学估算不同留茬高度下稻秸养分还田量,通过在成熟期采集江苏省生产上主推的水稻品种植株,用分层切断法,将秸秆从基部向上依次截取5段长度为5 cm的秸秆,剩余部分为第6段(分别用0~5、5~10、10~15、15~20、20~25和25 cm表示6段秸秆),对穗部单独进行脱粒处理获取穗轴与枝梗,对植株各部分秸秆分别进行烘干称重,并进行养分分析。结果表明:在植株基部0~25cm范围内5个层次秸秆干重占植株秸秆干重的比例都表现为随基部向上依次减少的趋势。水稻秸秆N与P含量呈现出从冠层向下递增的趋势,而秸秆K含量则表现出从冠层向下递减的趋势。江苏省水稻秸秆N、P和K养分总量分别为16.16×10~4、2.81×10~4和30.21×10~4t,不同留茬高度秸秆养分还田量不同,留茬高度为15 cm时,水稻秸秆N、P和K养分还田量分别为6.02×10~4、1.43×10~4和6.78×10~4t。不同稻区秸秆还田时应根据留茬高度及稻谷产量水平进行估算秸秆养分还田量,同时结合其它条件科学制定肥料运筹策略。     

考虑喷雾高度的大田蔬菜对靶喷雾系统设计与试验

针对喷雾高度影响大田对靶喷雾准确性问题,该研究设计了融合喷雾高度的大田蔬菜对靶喷雾系统,适用于株间距大、冠层尺寸小的作物。介绍了大田蔬菜对靶喷雾系统的结构组成及工作原理,根据对靶喷雾作业环节的滞后特性,建立对靶喷雾滞后模型,提出融合靶标位置、靶标大小、喷雾机作业速度和喷雾高度的对靶喷雾控制方法,基于C37控制器设计了稳压喷雾系统和对靶喷雾控制系统,并进行试验验证。不同喷雾高度对靶试验结果表明,在作业速度为0.52 m/s的情况下,融合喷雾高度的对靶喷雾平均绝对误差和均方根误差分别不高于3.63和4.26 cm,比未融合喷雾高度的平均绝对误差平均减小4.30 cm,均方根误差平均减小4.57 cm,有效喷施率不低于92.6%,验证了融合喷雾高度对靶喷雾的可行性。田间试验结果表明,随着作业速度的增加,对靶喷雾有效喷施率和平均有效覆盖率下降。在作业速度不大于0.49 m/s时,对靶喷雾有效喷施率为93.5%,平均有效覆盖率为80.2%。较于连续喷雾方式,对靶喷雾节药率可达33.8%,可满足大田株间距大、冠层尺寸小的作物对靶植保作业需求。