[發(fā)明專利]一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310095191.X
• 申請(qǐng)日: 2013-03-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104061904A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張玉波;宋國(guó)華;李俊清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C11/00
• 分類號(hào): G01C11/00;G01B11/28;G01B11/24
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 劉冬梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及林窗形狀和面積的測(cè)量方法，特別涉及用于快速精確測(cè)量闊葉紅松林林區(qū)的林窗形狀和面積的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法。

背景技術(shù)

林窗是指在林冠層造成空隙的現(xiàn)象，林窗對(duì)于森林的更新具有重要的意義，可以通過(guò)林窗的大小來(lái)確定森林中植被的生長(zhǎng)狀況，隨之可以通過(guò)播種減小林窗或是對(duì)植被剪枝擴(kuò)大林窗來(lái)達(dá)到加速森林植被快速生長(zhǎng)的目的。

目前，對(duì)林窗形狀和面積的測(cè)量主要是人工進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，誤差大，對(duì)于一些人員無(wú)法到達(dá)的山區(qū)，很難通過(guò)人工測(cè)量。

目前，存在一種衛(wèi)星航拍技術(shù)和航拍飛機(jī)，然而這種技術(shù)受環(huán)境的影響比較大，當(dāng)有云層阻擋時(shí)不能完成航拍任務(wù)，由于衛(wèi)星在大氣層外部，不能航拍到清晰照片，衛(wèi)星的分辨率可以精確到0.5米，衛(wèi)星航拍的分辨率低，航拍飛機(jī)需要建設(shè)跑道，耗資巨大。

目前，存在云臺(tái)與三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀配合使用的技術(shù)與裝置，如專利申請(qǐng)CN201210201385.9中的基于慣性姿態(tài)傳感器的自穩(wěn)定云臺(tái)和專利申請(qǐng)CN201210179480.3中的飛行器航拍云臺(tái)控制器及其控制方法，這些裝置均存在體積笨重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。并且這些裝置都是獨(dú)立于無(wú)人機(jī)使用，當(dāng)與無(wú)人機(jī)配合使用時(shí)，需要兩片單片機(jī)控制器，因此造成了零件重復(fù)使用，增加了無(wú)人機(jī)的質(zhì)量負(fù)擔(dān)。在這些裝置中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括云臺(tái)等復(fù)雜裝置，這些裝置中含有多個(gè)零件，因此造成質(zhì)量大、攜帶不便、操作困難等問(wèn)題。

為了更加快捷、精確測(cè)量出林窗的形狀和面積，本發(fā)明人對(duì)傳統(tǒng)林窗形狀和面積的測(cè)量方法進(jìn)行了研究，并且對(duì)現(xiàn)今的航拍無(wú)人機(jī)和航拍技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以便能夠發(fā)明出具有快捷、精確、反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：將設(shè)置有相機(jī)的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)懸停在待測(cè)林區(qū)上空距地面200米處，進(jìn)行航拍，并且通過(guò)三軸陀螺儀（300）和三軸加速度計(jì)（301）每隔3秒測(cè)量相機(jī)的角速度信息和加速度信息，并且將測(cè)量到的信息反饋到中央控制器，中央控制器對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以基于處理結(jié)果來(lái)控制相機(jī)，從而使得相機(jī)的鏡頭與地面垂直。最后，將航拍后的照片，通過(guò)專業(yè)ERDAS軟件和ARCMAP軟件處理，得到林窗的形狀和各個(gè)林窗的面積數(shù)據(jù)。通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)航拍地林區(qū)照片分辨率可以達(dá)到2cm-5cm，分辨率高，圖像清晰；本發(fā)明提供的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)通過(guò)三軸陀螺儀（300）與三軸加速度計(jì)（301）直接測(cè)量相機(jī)的角速度信息和加速度信息，保證了航拍的準(zhǔn)確性，保證了航拍的靈敏性；無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)去掉了許多復(fù)雜的零件，如云臺(tái)的等零件，使得無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、零件少、質(zhì)量減輕；從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明的目的在于提供以下方面：

（1）一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

（1）確定待測(cè)林區(qū)的坐標(biāo)；

（2）根據(jù)坐標(biāo)，地面處理系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行到待測(cè)林區(qū)上空距地面200米處，懸停；

（3）通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)對(duì)待測(cè)林區(qū)進(jìn)行航拍：所述的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)包括：

控制模塊（210），其接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的指令，并基于所接收到的數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)力模塊、全球定位系統(tǒng)模塊、拍攝模塊進(jìn)行控制，所述控制模塊包括：

中央控制器（211），其用以接收來(lái)自三軸陀螺儀（300）和三軸加速度計(jì)（301）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、來(lái)自三軸陀螺儀（212）和三軸加速度計(jì)（213）的傳輸數(shù)據(jù)以及來(lái)自超聲波測(cè)距儀或氣壓計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)所接收到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以基于處理結(jié)果來(lái)控制相機(jī)；控制電子調(diào)速器，從而能夠通過(guò)所述電子調(diào)速器實(shí)時(shí)調(diào)整各所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，

三軸陀螺儀（212），測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的角速度信息，

三軸加速度計(jì)（213），測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的加速度信息，

超聲波測(cè)距儀（214），其用以在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面相距不大于2米時(shí)測(cè)量所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面之間的距離；

氣壓計(jì)（215），其用以在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面相距大于2米時(shí)測(cè)量所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面之間的距離；

拍攝模塊，用以接收控制模塊的指令，基于所接收到的指令進(jìn)行航拍，所述拍攝模塊包括：

三軸陀螺儀（300），其用以測(cè)量所述相機(jī)（302）的角速度信息，

三軸加速度計(jì)（301），其用以測(cè)量所述相機(jī)（302）的加速度信息；