手杖式测树仪研制与试验

为了在森林资源调查中能够便捷、快速、精准、高效地获取立木胸径和树高,设计研发了一种手杖式测树仪,其以固定长度手杖为主体,搭载智能手机和测树软件。该设备在传统林业调查装备理论的基础上利用了测树学、摄影测量学、机械加工学、机器视觉、影像处理等技术,通过智能手机影像处理软件实现了胸径的自动识别、测量、记录,并通过手动截取完整立木与所得胸径值演算树高等功能,可以统一编辑、存储、导出最终所得胸径树高。分析结果表明,该手杖式测树仪所得胸径和树高的编差Bias分别为0.29、0.48 cm,相对误差Bias%为1.5%、4.2%,RMSE均为0.70 cm,相对RMSE%为3.6%、6.1%,基本满足二类调查A类精度要求,具有一定的应用价值和推广潜力。     

基于电子经纬仪及PDA自动量测的电子角规测树原理、功能及精度研究

针对常规角规测树较为粗放的现状,为了满足精准林业的需要,实现单木和林分精准测量,该文以电子经纬仪和掌上电脑为硬件,经PDA编程开发,形成电子角规测树系统,充分发挥了电子经纬仪精密的测角功能和PDA强大的数据处理和存贮功能.利用电子角规可获得树木树干的胸径、树高、任意处直径和材积,树冠部分的表面积和体积,林分的胸高断面积、林分平均高、平均株数、蓄积量和生长量等数据.经过分析,电子角规测树精度为1/7 000,而比特利希角规测树精度总误差达1/32,电子角规的测树精度比普通角规高出200倍以上,其速度也较快.     

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。      

森林信息化精准计测技术获国家发明专利

由北京林业大学测绘与3S技术中心冯仲科教授申请的“电子角规测树仪及自动测树方法”的发明专利已于2005年11月23日正式授权，获得发明专利权，专利号为：ZL200410006257．4，系北京林业大学近十年来首次获得发明专利权．本发明是关于森林资源抽样调查的仪器和方法，特别是关于森林资源不等概抽样调查的电子角规测树仪及其自动测树方法。此发明共有两项发明内容：①电子角规测树仪：将光学系统与电子系统结合起来，通过光电信号自动转换，把影像数字化，实现精准的自动量测、贮存与传输．②自动测树方法软件：本发明中的角规自动测树方法是在已知的形点法的基础上提出的“推动林分蓄积的形点法”，它能避开通视困难．将角规测树全过程与计算机技术结合起来，对电子角规测树仪传输来的信息进行处理，实现外业内业同步完成．     

TGC—300型光学测树仪的原理与设计

一、前言研制 TGC—300型光学测树仪的目的,是为改进在树种选优和森林调查工作中进行爬树或砍树的测树方法,以减轻体力劳动、提高工效和节约林木资源。在研制设计中,本着“洋为中用”的方针,对国外光学测树仪(分为光叉式、短基线视距仪式和轮尺式三大类)的研制发展概况和其中有代表性的速测镜、巴尔一斯特劳德测树仪与惠勒五棱镜轮尺的基本原理及主要优缺点进行了学习分析。认为五棱镜轮尺具有结构简单、用平行视线观测直径和能直接读出     

三维激光扫描系统测树原理及精度分析

该文介绍了三维激光扫描系统的测量原理、测树过程和测树因子的获取方法.在甘肃省小陇山林业局党川林场,通过对立木扫描数据和伐倒木实测数据进行比较研究,结果表明用激光扫描系统进行测树能够获得较高的精度,做到精准监测,满足林业上测树的要求;同时,利用样木三维模型,可以方便地获取传统方法难以获取的测树因子,从而大大拓展了它在林业中的应用.     

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 .     

基于全站仪测树技术的立木求积方法研究

全站仪应用于森林调查领域,对林业迈向精准化的进程具有重要的推动作用。该文通过用全站仪对100株落叶松胸径的测定,以轮尺所测值为真值进行比较,得出平均值相差0.18cm,单值最大值相差1.2cm,最小值相差为0,平均误差率为1.52%,不超过3%,完全可以满足调查精度的要求。同时,通过实验,指出了精准测径的关键技术,提出了利用全站仪对立木区分求积的具体方法,为精准获取森林资源数量提供了一种新的方法。     

测亩仪在农田面积测定中的精度研究

采用不同型号的测亩仪,在阴天、雨天以及晴天等天气状况下,对地形不同、面积不同、形状不同的不同区域进行多次测量,利用比测法将测亩仪测得的面积数据与更高精度仪器测量的数据进行比较,研究测亩仪在农田面积测定中的精度。通过分析,总结出测亩仪在农田面积测定中的误差规律,为生产实践提供参考,实现农业管理精准化。     

智能手机单片摄影测树技术研究与试验

森林因子采集是林业观测的重中之重，智能手机为林业调查提供了新思路、新手段。为了更高效、精确的观测森林，以智能手机为载体，摄影测量学、测树学原理为理论基础，Java为开发语言，设计了一套单片摄影测树系统。系统仅利用智能手机的定焦镜头正直拍摄一张图像，即可进行单木的胸径、树高、材积的自动解算，同时，还可进行林分平均胸径、蓄积量和林分密度的自动解算。通过对200株立木进行胸径、树高、材积测量试验，对15块样地进行林分平均胸径、林分密度和林分蓄积量测量试验。结果表明，单木因子测量的相对偏差为4.95%～5.86%，相对均方根误差为6.09%～7.46%，林分因子测量的相对偏差为0.51%～1.46%，相对均方根误差为7.47%～8.6%。以上指标均高于传统林业测量的精度要求，该技术可以在林业调查中推广使用。     

无测积手持型GPS面积测量及其精度评价

以SP24型手持GPS为例,探讨无测积功能GPS测定面积的方法并进行精度评价.结果表明,利用通用坐标转换程序,结合解析法求算面积的方法是解决无测积功能GPS测量面积的理想方法.在重复观测的条件下,手持GPS测量面积的相对误差可以达到2.0,基本满足林业生产中测量面积的精度要求.同时,结果还表明,利用全站仪的测量结果作为对照,进行GPS面积测量精度的评价方法,可以作为检验GPS测量面积精度的方法之一,在生产实践中具有实用价值.     

结合航空影像纹理和光谱特征的单木冠幅提取

随着航空摄影测量技术的不断发展与进步,为提高森林资源调查的工作效率,航空影像已经成功应用到林业资源监测中,但在单木冠幅提取上,研究多考虑影像光谱信息,使得分类结果存在偏差。本文提出同时结合航空影像的纹理及光谱特征,利用面向对象的影像分割方法,通过多次实验对比结果确定最优分割尺度,同时在结合正态分布法确定各光谱及纹理特征信息范围的基础上,提取单木冠幅信息。以2012年鹫峰国家森林公园航空像片为数据源,以ENVI5.0为数据处理平台,对影像进行面向对象的分割,提取试验区域内32株树木的冠幅,并结合传统外业实测数据以及立体像对观测数据进行精度分析。试验结果表明:文章所提出的方法试验精度达到90.05%,与传统立体像对量测方法精度相近,但数据获取速度快,满足林业调查基本需求。      

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。      

延安市公园树种结构分析

在对延安市森林公园和城市公园绿地进行调查的基础上对延安市公园绿地的树种结构进行了分析。结果表明,延安市公园绿地中共有树种40种,分属23科30属,森林公园和城市公园树种组成有很大差别,共有树种4种,树种优势科、属不明显。城市公园的树种多样性小于森林公园的多样性。群落结构简单,城市公园中仅有少数群落构成树林形式,大部分是草地上散植少量乔木和灌木,乔木和灌木的郁闭度和覆盖度小,树种的高度小于森林公园的高度。树种构成的生态习性分析结果显示,除杨家岭革命遗址公园常绿树的数量大于落叶树外,其他公园落叶树的数量均大于常绿树。公园观赏树少。     

基于消费级双目相机的立木因子测量方法

  目的  随着林业信息化的快速发展,机器视觉测量技术广泛应用于林业领域。针对传统立木因子测量方法成本较高、携带不便、操作复杂等问题,提出消费级双目相机与机器视觉技术相结合的立木因子无接触测量方法。  方法  首先使用消费级USB 3.0双目相机采集立木图像,通过改进的SGM算法生成高质量视差图;再根据三角原理转化为深度图,进而获取立木三维点云;基于空间密度聚类和混合滤波三维点云去噪方法快速准确去除聚集、离散的噪声点,再进行方向矫正和点云分割;最后,利用最值遍历法和椭圆拟合法实现树高、胸径的无接触测量。  结果  树高、胸径的相对测量误差分别小于2.219%、5.620%,测量值与真实值的相关系数R2分别为0.978、0.995,均方根误差分别为0.047 m、0.249 cm。  结论  本方法易操作、成本较低,同时具有较高的测量精度,能够满足无接触测量的需求。图5表2参27     

不同PM2.5污染区常见树种叶片对PAHs的吸收特征分析

采集了北京市奥林匹克森林公园和西直门北大街2个不同PM2.5污染区的6种植物叶片样品,应用高效液相色谱法测定叶片中多环芳烃(PAHs)的含量,比较6种常见树种叶片对PAHs的吸收特征,并对PAHs的成分具体分析。结果表明:不同树种吸收PAHs的能力有差异。在2个采样点,圆柏、油松针叶树种叶片对PAHs的吸收含量均高于阔叶树种;阔叶树种中碧桃叶片对PAHs的吸收含量最高,其次是毛白扬。此外,随着污染的加重,树种能够增强其吸收PAHs的能力以适应环境污染。6种树种叶片对PAHs的吸收含量均表现为污染较重的西直门高于污染较轻的森林公园。对6种树种叶片的PAHs成分分析表明,叶片中PAHs的主要成分为3环化合物,其次是2环、4环和5~6环化合物,叶片对不同环数化合物的吸收含量也表现为西直门高于森林公园。西直门样品中3环化合物的组分略多于森林公园样品,且组分的含量也高于森林公园样品。6种树种叶片对PAHs吸收含量的主成分分析指出,树种吸收PAHs能力大小依次为圆柏碧桃油松毛白杨榆树紫叶李。      

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.