[發明專利]航空森林清查系統

有效

• 申請號: 201310681569.4
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103869374B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: J·L·維安;J·匹仔布勞克
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01V3/17
• 分類號: G01V3/17
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民,董志勇

技術領域

本公開一般涉及航空勘測，并且具體地涉及森林的航空勘測。仍更具體地，本公開涉及用于通過航空勘測執行森林清查(inventory)的方法和設備。

背景技術

森林管理是包括許多不同方面的森林學的分支。這些方面可以包括管理森林的環境的、經濟的、行政的、法律的和社會的方面。森林管理可以由各種技術例如木材采集、植樹、重植樹(replanting tree)、割出通過森林的道路和路徑、防止森林火災、維持森林健康和其他合適活動構成。

當針對森林管理執行這些和其他操作時，可期望收集關于森林的信息。例如，收集關于森林的信息提供分析森林狀態以及鑒別可以執行的任務的能力。這些任務可以包括例如重植樹、收割樹、使森林稀疏從而改善生長、施加肥料、執行害蟲滅除、生成潛在火情的警告、發動火災風險減小活動、移除死木、減少森林地被物(forest floor undergrowth)、執行木材改善活動和其他合適操作中的至少一個。

在獲得關于森林的信息時，航空勘測可以作為森林清查任務的部分執行從而鑒別關于森林的信息。森林清查任務可以是經配置鑒別關于森林的信息以便評估或分析的任務。該信息可以用來鑒別樹種類、樹高、樹齡、樹健康、森林邊界和關于森林中樹木的其他合適信息。例如，每英畝樹木數可以通過森林清查任務鑒別。

另外，森林清查任務也可以用來鑒別關于森林內植被、野生生物或植被和野生生物二者的其它信息。森林清查任務也可以示出死亡或腐爛樹木的存在。在此情況下，關于死亡或腐爛樹木的信息可以指示害蟲問題。此外，森林清查任務可以經配置鑒別森林邊界。

航空勘測可以使用有人飛行器或無人飛行器中的至少一種執行。作為例子，無人飛行器可以在森林上方飛行從而為森林清查任務生成關于森林的信息。無人飛行器可以包括光檢測與測距(LiDAR)系統和相機系統。光檢測與測距系統可以用來以激光束的形式向森林發送光。

當前，飛行器由飛行員沿使得飛行器經過森林中不同位置的路線飛行。選擇這些位置以使飛行器可以生成關于森林的全部或部分的信息。飛行器使用光檢測與測距系統利用激光束掃描位置。光檢測與測距系統通過測量光返回光檢測與測距系統花費的時間，測量到森林中的點的距離。光檢測與測距系統可以從這些測量生成關于森林中位置的信息。

對由光檢測與測距系統檢測的激光束的響應用來為森林生成點云(point cloud)。該點云可以用來生成信息，例如冠層高度、樹冠體積估計、樹密度和其他重要信息。

在執行這些類型的航空勘測時，成本是可以影響航空勘測何時和多久一次執行的一個因素。發送一個或更多飛行器從而為森林中不同位置生成點云的成本經常是顯著的。為使得航空勘測的執行更經濟，每當執行航空勘測時勘測大的面積。例如，當執行航空勘測時勘測約50,000或更多英畝從而為執行航空勘測減小每英畝的成本。

進一步地，航空勘測通常在高于地形的一些安全高度并在可以存在障礙物和云的周圍執行。當障礙物存在時，無人飛行器可能需要在森林上方更高飛行。由于無人飛行器在受勘測區域上方的高度增加，因此由航空勘測生成的點云的密度可能減小。結果當執行航空勘測時，源自可以為森林搜集的信息的點云的清晰度水平可能不如期望的高。

進一步地，在這些較高高度，云層可以阻隔用來執行航空清查的激光。例如，云可以導致激光反射、折射或以其他方式引導遠離待勘測的森林。當激光被反射或折射時，因為由光檢測與測距系統檢測到的響應可能是源自云而不是森林的響應，所以該響應可能是不準確的。結果，當執行航空勘測時，在森林的點云中的信息可能具有其中位置被云覆蓋的間隙(gap)。

另外，由于實行森林清查任務的成本，因此經常僅在時間上以不規則間隔勘測森林是經濟的。因此，在森林勘測之間經過長時期。例如由于人員限制、器材限制和航空勘測成本，因此森林可以僅在長時期例如四年之后勘測。因為云層所以在一次勘測期間錯過的位置可能不在另一個四年重勘測。結果在對森林中具體位置的信息收集之間可能存在八年間隙。

當前，可減少由航空勘測生成的信息中的間隙的一個方式是通過仔細規劃航空勘測。例如，通常僅在森林上方云層不存在或低于某個百分比時執行航空勘測。結果，選擇云層不存在或充分低的時間從而獲得期望量的信息可減少因為云層存在導致的所生成信息中的間隙的問題。如果天氣狀況導致云層改變從而具有覆蓋多于期望的森林的云，則航空勘測可被重新安排到遮蔽森林的云層中的云在足夠薄水平的另一時間，從而生成具有期望質量水平的信息。