几种测量方法在森林资源调查中的应用与精度分析

通过外业调查数据分析和理论推导,对林业调查中的几种测量方法进行了比较分析。研究表明：①罗盘仪由于制作粗糙,在标准样地测设中尚能满足规范要求,但随着距离和竖直角的增加,精度急剧下降,在大范围的林地面积和科研特殊需要的测量中操作不便捷,精度差,效率低;②全站仪测设样地边长不超过100 m时,半测回的距离测量可达到1/10 000,高差测量误差不超过1 cm,且受距离和竖直角的影响较小;③当面积大于3.34 hm^2,边长超过100 m时,手持全球定位系统（GPS）完全可代替罗盘仪,并可通过坐标差分或修正坐标转换参数来提高测量精度。另外,网络RTK的发展必将连同全站仪成为精准林业测量的主要仪器设备。     

罗盘导线定位及其精度分析

为解决森林调查中罗盘定位的精度问题,利用全站仪具有测量边长和角度精度高的特点,将其测量值作为真值.用罗盘仪对其值进行重复观测,进行比较研究,通过间接平差,得出罗盘仪测量边长和竖角的精度,由此推导出罗盘导线和罗盘测树高的精度.试验表明,1 km罗盘支导线最弱点的中误差达3 m,罗盘测树高的相对精度达5%.这个精度能够满足林业上的测量要求.由此可见,用罗盘进行辅助定位,是一种理想手段.     

全站仪自由设站法的探讨与应用

目的在使用全站仪进行施工测量的过程中,往往会因为建筑材料的堆放或因地形复杂等不可改变之因素,造成测站之间无法相互通视,或通视困难造成测量不精确、数据不可靠。方法浅析了全站仪自由设站法在具体工程实例中的应用,介绍了控制点及监测点布设方案,对自由设站进行精度分析,判定测量数据的可靠性。结果全站仪自由设站法以其实测自由度大、精度高、测得数据可靠等优点避免了测站之间相互通视困难的问题。结论全站仪自由设站法精度高,复杂地形下测量自由度大,在实际施工测量活动中具有推广意义。     

导线边角精度匹配探讨及实例分析

控制测量是工程测量或地形图测绘的重要组成和不可缺少的部分.由于现代测距仪器的使用,边长(水平距)的测量变得简单且具有极高的精度,保证了测量成果的精度.因此,在不同的控制测量形式中,导线测量应用越来越多.导线测量中容易出现的一个问题是边长采用全站仪进行测量,精度极高,而角度(水平角)的测量往往达不到相应的精度,致使看似精度很高的观测值,形成的导线整体精度并不高,这是边角精度不匹配造成的.在介绍边角精度匹配的含义及单边精度匹配的基础上,根据横向误差和纵向误差以及两者的关系进一步分析适用工程测量的方位角符合自由导线整体的边角精度匹配,根据最弱点的横纵向误差比,通过实例说明导线的测角、测边误差匹配在导线控制测量中的意义.     

便携式森林资源调查仪研制与试验

以数字图像处理技术、摄影测量技术、测树学为理论基础,研制可用于森林资源调查的多功能调查仪。该仪器主要由Cortex-M3中央处理芯片、激光测距模块、倾角传感器、蓝牙模块、LED彩屏、CCD镜头等电子元件组成,测量时获取距离、倾角、图像等信息,并使用C语言在Keil uVision4开发平台下构建一套集单木测胸径、单木测树高、单木测材积、圆形样地观测4个主要功能模块于一体的软件系统嵌入到测树仪中。结果表明,单木测量功能的平均精度高达96.98%,方差为0.023 3,其中单木因子测量中的胸径测量精度高达97.85%,树高测量精度高达97.46%,材积测量精度高达95.64%;圆形样地观测功能林分参数获取,林分平均胸径测量精度高达97.92%,林分平均高测量精度高达97.97%,株数密度测量精度高达96.54%,蓄积量测量精度高达95.79%,符合国家森林资源二类调查中的精度要求,该仪器可在林业调查工作中进行推广和应用。     

一种全站仪精准量测立木直径的方法

立木直径是森林资源调查的重要参数。本文提出了一种基于免棱镜全站仪对边测量原理的立木树干直径精 准量测方法,并以南方全站仪NTS-3401 为例,对该方法的理论精度进行了论证,结合量测数据对实际精度进行了 分析。结果表明:免棱镜全站仪对边测量原理的立木树干直径精准量测方法的理论精度中误差在0.4 mm 以内;使 用胸径尺量测立木直径3 次取平均值作为真值,用来检验全站仪量测立木树干直径的精度,数据表明真误差控制 在1 mm 以内,而林业测量中要求测量结果精确至1 mm。本文提出的全站仪精准量测立木直径的方法达到了林业 测量中量测立木直径毫米级的精度要求,可以解决非接触式量测立木上部(2 m 以上)直径的难题。      

同一铅垂面两次设站法树高测量及其精度分析

树高是评定立地质量和林木生长状况的重要依据,是林业调查的必测项目.该文提出了在复杂立地条件下,特别是在陡坡地带,水平距离难以测量的情况下,采用在同一垂面两次设站的方法对树高进行测量.说明了测量原理和测定过程,推导出了采用该方法计算树高的数学公式,并依据误差传播定律推导出误差模型,进行精度分析.在陡坡条件下选取符合条件的单木,以经纬仪和皮尺作为测量工具多次进行实验,并配以全站仪同步测量进行检核,通过对大量的实验数据进行分析比较,发现采用该方法测量的精度在1%以内,满足精度要求,而且测定方法简捷.     

RD 1000电子测树仪立木因子测定及适用性研究

传统的森林计测仪器均存在很大的不足,不能精准快速便捷地为科学研究和各有关部门提供真实可靠的立木基础数据。针对当前森林测量仪器的不足,引进美国激光技术公司的快特能RD 1000电子测树仪,以北京市奥林匹克森林公园和鹫峰国家森林公园为研究区,以误差理论为基础理论依据,对其精度和适用性进行验证分析。以传统工具卡尺和全站仪测量的数据为相对真值,对比分析RD 1000电子测树仪的测量结果,最终得出其适用性广,而且胸径测量的精度能达到毫米级别,树高测量的精度能达到厘米级别,足以满足精准林业的要求,能为我国林业的发展提供切实可行的技术支持。     

大跨径桥梁挠度测量新方法研究

提出了一种以测量机器人为采集器,通过获取合作目标的几何信息进行桥梁挠度测量的新方法,从测量系统误差、偶然误差两个方面分析了测量机器人的测角及测距误差,并探讨了竖直角、视距对挠度测量误差的影响,同时依据最小二乘原理分析了该方法的测量精度.经分析得知:如果仪器至后视点距离小于150 m,至目标点距离小于200 m,挠度测量精度将优于±1 mm.在实际工程中,该方法测量的挠度值与电子水准仪测量的挠度值差异小于0.22 mm,相对误差小于3.3%,表明该方法在大跨径桥梁检测中完全能满足测试要求.     

手持式树径自动识别测树仪的研制与应用

在森林资源调查中需要调查林分因子,从而了解森林资源的数量与质量,以进行森林资源的规划、设计和经营。森林资源调查是一项费时费力的工作,使用传统测量工具需要不同仪器来进行测量,同时还受地形条件的限制。为快速精确地进行林木测量,开发设计了便携式数字化智能测树仪。仪器由STM32F103VET6单片机、ov9655传感器、LIS331DLTR倾角传感器、键盘等及其相关电路模块构成。采用相位原理测距,具有±1.5 mm的测距精度。在径高同测模式下,利用摄像头和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器对图像进行处理,能够实现树径的自动识别,再利用所测距离和倾角,实现高度、直径同步测量。仪器还有测径模式,测高模式,测距模式,倾角测量模式,面积计算模式。经实验验证,测径模式下,胸径的平均误差为-0.05 cm,误差在0.50 cm之内的占97.6%。在不同距离下,对不同高度的直径进行测量表明,在最佳距离内可使误差在0.50 cm内。该便携式数字化智能测树仪可满足森林资源调查需求,实现林业数字化。     

全站仪测算材积的原理及精度分析

全站仪是一种电子精密测量型工具 ,自 2 0世纪 90年代中期后 ,美、英、德、日等国在林地面积测量、树高测量中初步使用全站仪 .该文首次采用全站仪测量树干上部直径及材积等测树参数 .以全站仪为测量工具 ,在林地中自动测量每 1棵树的树高 ,用直径测量数学模型自动测量树干胸径及任一处直径等参数 ,以及利用树干材积计算数学模型自动计算树干材积 .从其测量结果看 ,测量数据精度很高 .其测量树高的精度可达 1 14 0 0 ,测量任一处直径的精度可达 1 2 0 0 ,且均高于其它测树方法的精度 ,完全能够满足林业测量的精度要求 .由于全站仪的自动化程度很高 ,可与数据采集器实现数据的实时通讯 ,提高工作效率 .全站仪在测树中的应用 ,不仅提高了测树速度、精度和效率 ,更重要的是不用伐倒林木和爬树 ,不对林木有任何损害就可以自动、实时获取测树因子 ,它在林业测量有广泛的应用前景 .     

固定样地用于中分辨率遥感影像解译精度的研究

在总结了中国森林资源连续清查体系现状的基础上,以吉林省第7次森林资源连续清查固定样地资料和吉林省TM遥感影像为基础,对固定样地调查结果与遥感影像分类结果进行了对比,并采用点对点匹配法,分析了固定样地作为遥感影像解译标志时的精度.结果表明,采用固定样地调查与遥感影像分类调查森林资源总体精度较高,森林覆盖率误差仅为-1.04%,而点对点匹配检验时森林类型误差达到52.99%.     

基于LiDAR数据的单木提取算法研究

有效了解森林生长变化信息对森林资源的保护以及生态环境的研究具有重要意义。近年来,激光雷达数据是森林清查中主要的LiDAR数据源。但是现有机载LiDAR数据单木分割算法在密集林区应用精度较低,尤其在中下层冠层单木提取精度不高,存在漏检的现象。针对以上问题,采用归一化割（normalized cut,Ncut）方法直接对激光点云数据进行初始分割,然后设定冠层的形状参数与点云数量阈值,利用全局最大值重复Ncut方法,对林区下层冠层进行探测,实现单木的精确提取。结果表明,与只利用归一化割方法提取单木结果相比,本研究方法使单木提取误判率由22.66%降至3.9%,识别率由原先的68.49%提升至86.63%,有效规避了上层冠木对下层遮盖导致的下层单木漏检情况,提高了在冠层中间层和下层树木的识别率,可为今后森林清查、森林资源管理提供分割方法的选择,也为森林分类、单木分割提供样例。     

RFID技术在国家森林资源连续清查中的应用

森林资源连续清查是森林资源监测体系的重要组成部分,样地和样木的复位率关系到清查成果的准确性和可靠性。在总结森林资源连续清查工作中样地与样木复位的传统方法和易出现的问题的同时,介绍RFID技术的特点与优势,简要提出在森林资源连续清查中使用RFID技术解决问题的方法。     

用哑变量方法构建东北落叶松和栎类分段地上生物量模型

采用单一的非线性方程拟合生物量模型常会导致小径阶林木的估计有偏。以东北地区落叶松和栎类的地上 生物量数据为例,提出采用哑变量方法改进立木生物量估计模型的预估效果,并建立了2 个树种的一元和二元立 木生物量模型。结果表明:哑变量方法能解决小径阶林木的偏估问题,同时能在一定程度上改善对整个模型的预 估效果;所建模型能同时适用于胸径 5 cm 的幼树和胸径逸5 cm 的林木;二元生物量模型的平均预估误差均在 5%以下,可应用于东北地区各类森林资源清查中落叶松和栎类的生物量估计。      

黑龙江省主要林分类型林分碳储量预估模型

利用2期黑龙江省森林资源连续清查数据(2005—2010年),根据林分变量和林分碳储量间的关系构建了林分水平的全树碳储量预估模型,并对应不同起源选择不同的模型形式,用加权最小二乘法消除了异方差。由于地域的不同,相同林分类型碳储量可能存在差异,因此在构建的碳储量模型基础上,利用哑变量方法构建考虑不同地域的林分碳储量模型。结果表明:区分起源的林分碳储量模型对于天然林和人工林都具有良好的拟合精度,R~2均大于0.94,模型评价指标中平均相对误差均在±6.00%以内,平均相对误差绝对值基本小于10%,仅黑桦天然林为15.33%。大部分模型的预测精度在95%以上。利用哑变量方法构建的考虑不同地域的林分碳储量通用模型的R~2均大于0.94,平均相对误差均较小,平均相对误差绝对值均在小于8%,预测精度都在95%以上。对于包含区域哑变量的通用模型,在满足相同的林分平均断面积条件及其他变量、参数a、c不变时,不同区域对应的参数b值越大,相应区域碳储量越大;在满足相同的林分平均高(或者林分年龄条件)及其他变量、参数a、b不变时,不同区域对应的参数c值越大,相应区域碳储量越大。     

基于16线阵TLS数据的单木识别及林分断面积估测研究

目的地基激光雷达(TLS)可以对林冠下层进行快速、非破坏性的三维测量，与传统森林参数调查相比，节省了大量人力、物力和时间，在林业调查中有广泛应用。目前的研究集中在基于全方位TLS数据的参数提取，全方位扫描获取的点云数据量庞大，所需扫描时间较长，而针对快速扫描的多线阵点云数据的研究较少，相关算法有待提出，多线阵激光雷达数据的应用能力也有待验证。方法以北京市东升八家郊野公园和奥林匹克森林公园内的人工林为研究对象，基于多个单站扫描采集的16线阵TLS点云数据，提出了一种新的树干识别算法。该算法利用点云到达目标单木及周围其他物体距离的差异，检测出树干表面点云，并结合随机采样一致性(RANSAC)算法拟合圆，提取单木胸径；在此基础上引用角规抽样技术，进行林分平均胸高断面积的估测。结果对于多个单站扫描数据，单木检测率均在80%以上，株数密度最小的样地单木检测率可高达95%；对于单站数据，单木平均检测率随着扫描半径的增加而下降，在10 m左右范围内可以达到较高的检测率。以样地中被正确检测到的单木胸径估测值与实测值建立回归方程，单木胸径估测的决定系数R2在0.72~0.82之间；计算各样地单木胸径实测值与估测值的平方平均数，林分平均胸径估测精度均在90%以上，最高可达到99%，表明在样地水平上有较好的胸径估测效果。由TLS提取的胸径值结合角规抽样原理计算林分平均断面积估测值，与实测值相比，林分平均断面积估测精度可以达到90%左右。结论本文提出的算法能够基于单帧16线TLS数据提取单木参数，实现林分平均胸径及单位断面积的快速高效估算，为林业调查提供了一种新方法。      

立体视觉技术在森林资源调查中的应用

将立体视觉应用于森林资源调查是一种全新的手段 ,能高效地对样地进行调查 ,并且为高分辨率遥感图像提供一种获取林分调查因子的技术 .该文从林业环境的实际情况出发 ,探索立体视觉技术应用于森林资源调查的可行技术路线 .针对树干边缘的特点 ,提出了Canny算子检测的树干边缘和外极线约束下、交互式的区域相关立体匹配策略 .采用在中国林业科学研究院院内树林中FUJIFILMFinePix 6 90 0Zoom数码相机拍摄的立体图像对 ,实现了立体视觉技术测量树木点位和胸径 ,并估计了在实验条件下的量测精度 .     

森林面积测量精度对比分析

通过在贵州山区（花溪区）不同林地条件下选设的多个点上进行面积测量试验，以全站仪测量结果为参考，对比分析实时动态GPS和罗盘仪在小班面积测量中的精度问题。研究表明，在进行森林资源调查小班面积测量时，其罗盘仪测量精度较GPS高；但是随着面积增大，GPS面积测量相对误差减小，而罗盘仪测量误差相对呈增大的趋势，并且测量精度明显低于GPS测量。GPS在对有林地、灌木林地、疏林地进行面积测量时，受林分郁闭度影响较大，其精度随着林分郁闭度的增大而降低；而在草地和无林地中无明显影响。由于目前采用的GPS单机定位精度不够高，所以不能用单机进行林业用地小地块面积测量，宜用GPS差分定位技术测量。