[發明專利]一種基于立體攝影測量獲取樹木枝干因子的方法

在審

• 申請號: 201310465858.0
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103453893A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 馮仲科;閆飛;韋雪花;鞏垠熙;高原
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明涉及一種基于立體攝影測量獲取樹木枝干因子的方法，特別是利用3D數碼相機進行樹木枝干立體拍攝，進而測量獲取樹木枝干因子。

二、技術背景

一株樹木有若干分枝，每一級枝的基部枝徑是計算樹木年生長量的主要參數，枝傾角、枝方位角等參數是影響植物光合作用的重要因子。傳統的樹木枝干因子計測方法建立在圍尺、角尺測量讀數等手工作業的基礎上，不僅手段落后、效率低、精度差，而且由于樹木分枝形態的復雜性和高大樹木的不可達性，測量對象僅限于幼樹，對于高大樹木的枝干參數則難以測量。因此，實現這些數據快速準確獲取成為林業工作者亟待解決的問題。本發明通過使用3D數碼相機對單木進行立體攝影，進而測量獲取樹木枝干因子，簡化外業測量，自動進行數據存儲和處理，計算樹木枝干的枝徑、枝夾角以及枝方位角等參數。該方法全面提升了外業數據采集、內業數據處理的速度，有效提高了樹木枝干因子測算的精度和效率。

三、發明內容

為克服傳統方法的樹木枝干因子參數獲取周期長、效率低、精度差的缺點，提高效率與精度，實現樹木枝干的枝徑、枝干夾角和枝方位角等參數的精準量測，本發明提供了一種基于立體攝影測量獲取樹木枝干因子的方法，其特征是：以單木為研究對象，以3D數碼相機為拍攝工具，對單木進行立體攝影，將多個圓柱體分段模擬樹干、樹枝，還原樹木枝干形態，計算獲取樹木一級枝、二級枝、三級枝的基部枝徑、枝干夾角以及枝方位角等樹木枝干因子。

主要發明內容：

①3D數碼相機進行單木立體拍攝獲取其枝干信息；

②圓柱體法模擬樹木枝干形狀；

③樹木一、二、三級枝的基部枝徑、枝干夾角、枝方位角的獲取；

本項發明與現有方法相比具有以下優點：

(1)提高了樹木枝干計測工作效率。傳統的樹木枝干測量過程中需要運用圍尺、角尺等多種測距、測角工具逐個分枝進行量測，并需要手工記錄，工序繁瑣。本發明通過使用3D數碼相機對單木進行立體攝影，進而測量獲取樹木枝干因子，簡化外業測量，減輕了測量作業強度。

(2)實現了對樹干枝徑、枝傾角、枝方位角的高精度測量。傳統方法量測較為簡單，誤差大。通過樹木枝干立體相片可實現樹木枝干特征點的精確量測，計算簡便快捷。

四、附圖說明

下面結合附圖和實例對本發明進一步說明。

圖1為以N個小圓柱體分段模擬還原樹木形態示意圖；

圖2為一、二、三級枝枝徑示意圖；

圖3為一、二、三級枝枝干夾角示意圖；

圖4為一級枝方位角示意圖

五、具體實施方式：

基于立體攝影測量獲取樹木枝干因子的方法與現有方法不同，具體在于：

(1)在樹木落葉之后的冬季，選取單木觀測范圍良好的拍攝點，利用3D數碼相機對單木進行拍攝，獲取單木枝干立體相片數據；

(2)將單木的立體攝影相片，根據點云密度和距離，以N個小圓柱體分段模擬樹干、樹枝，還原整棵樹木的枝干形態；

(3)通過計算第一個一級分枝處的模擬圓柱體的直徑，獲取第一個一級分枝的直徑d₁；

(4)通過計算第一個一級分枝處的模擬圓柱體的中心軸L₁，與主干處模擬圓柱體的中心軸的夾角，獲取第一個一級分枝與主干的夾角α₁；

(5)通過第一個一級分枝處的模擬圓柱體的中心軸L₁，投影到與垂直于樹高方向(Z)的平面(XY)上的直線L₁′，計算L₁′與平面XY上正北方向的夾角，獲取第一個一級枝的方位角β₁；

(6)通過重復步驟3)、4)、5)計算得到第二個、第n個一級枝的枝徑(d₁，d₂，……，d_n)、枝干夾角(α₁，α₂，……，α_n)、枝方位角(β₁，β₂，……，β_n)；