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图像测量技术在森林调查中的运用

张文平

黑龙江省大海林林业局有限公司

摘要: 在开展森林资源调查工作的过程中,需要针对树木的生长高度、宽度、直径以及树冠等多方面的参数信息进行测量,并结合不同树木的日龄和胸径进行分析,以直接和间接等两中不同的测量方法,明确最终的测量结果,同时还需要掌握不同树木的各项参数,从而提高森林调查工程的整体效率。另外,还需要将图像测量技术融入到森林调查工作的实施过程当中,从而找出更加有效的技术应用方法,提高测量结果的精准度与可比性。
关键词: 图像测量技术;森林调查;应用
DOI:10.12721/ccn.2022.160376
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图像测量技术属于森林资源调查工作的主要技术类型,树高以及树冠等方面参数的测量工作,在树木的调查工作当中凸显出了重要的支撑作用,目前需要针对图像测量技术在使用阶段所获取的信息进行分析,为图像测量阶段数据信息的准确性提供了保障,确保最终测量结果的精准性,推动了森林调查工作的顺利开展。

1. 常用的树木测量方法

1.1对树高的测量

结合林业资源建设的科学发展观念,可以将树木的高度分为全高、干高以及商用材高等三种不同的类型。全高是树木从地平面开始一直到树梢之间的距离,并以水平垂直线的距离为主;干高是指树木从地平线一直到树冠之间的距离;而商用材高是树木从地平线开始一直到能用部位的最末端之间的距离。在通常情况下,在开展森林调查图像测量工作的过程中,需要对树木的全高进行测量。在测量树高的过程当中,还具有直接测定以及间接测定等两种不同类型的方法,同时还可以将间接测定分成以几何原理为基础和以三角原理为基础等两种测量方法。在开展直接测定工作的过程中,需要在测量人员手臂所能触及到的范围之内,利用皮尺、测量杆等工具,实现对树木各项参数的测量;在实施间接测量的过程中,需要直接利用与测量工程相关的仪器,对树木的各项参数进行测量。克里森测量以及以圆筒测量等方面的仪器,都是在几何原理的支撑下,实现对树木高度、材料的测量;而布鲁莱斯测量仪是在三角原理的基础上,实现对树木各项参数的测量。在森林调查工作的实施过程中,布鲁莱斯测量仪的应用范围较广,且应用频率较高。

1.2对直径的测量

对于树木直径的测量与树木高度测量工作不用,不具备繁琐性的特点,且相对简单一些,一般用直径卷尺、轮尺以及钩尺就可以直接测量。这些测量工具也只能对树木胸径进行测量,对树木上面的直径进行测量则不可行,到目前为止对于树木上面的直径测量过程中,并未及时的找出有效的测量办法。

1.3对树冠的测量

多数的树冠轮廓都不太规则,而且直接测量也不适用树冠的测量,种种因素都使对树冠的测量比较困难。现在多数都是对树冠映在地面上垂直的投影进行确定,然后根据投影再测量直径,但森林的环境有限,对树冠的投影很难准确得到,这种测量方法也只是大概的测量。

2.图像测量工作的实施

由于森林的环境比较复杂,在图像测量上分别利用直接测量和间接测量两种不同的测量方法进行树木测量工作。一般情况下,对于高度不是特别高,而且还能够接近的树木,都是采用直接测量的方法;对于树木比较高,而且很难接近的树木,都是采用间接测量的方法。

2.1使用直接测量法

假设现在需要测量一颗树木,设定树干高度为B,相对应的树干部分是b,现在想测量B值大小;对树木进行拍摄的时候,在树木的旁边立一根测量好长度的标杆,设定标杆的长度为A,相对应的标杆部分是a。拍照的时候还要保证相机镜头要一直垂直于地面,这样通过拍摄的图像能获得树木一点透视图或者是二点的透视图,然后根据透视图和数学原理,能够得到一个数列式:A:B=a:b。目前已经知道A的数值,还能通过计算机得出相应的a和b的数值,也就是a和b对应的相机像素的点数,然后根据已知的A、a、b就可以算出B的值,也就是树干的实际高度。同样,根据直接测量的方法还能测量出树木的树冠、直径等一些参数。

2.2使用间接测量法

间接测量法又叫基点增高法,其测量原理如下。通过设置1、2等二根长度的标尺,为待测树木,二标尺的基点a、c与树木的基点g处于同一水平面上,连接c并延长,然后连接二标尺的顶点b、d,bd为一视平线,且bd与的延长线交于点O,则O点为二标尺的灭点,过树木的基点g作一水平线与延长线交于e点,过e点作一垂直线与视平线bd交于f点,根据透视图的性质有ef与ab、cd等高。由此可得在g点处,图像中ef所代表的实际长度为标尺的长度l,假设树的实际高度为h,同理可得关系式。此时只需要用计算机算出图像中ef与gh的高度值,就可以得到树木的实际高度值。利用这种方法可以一次计算出图像中多棵树木的参数值,其前提条件就是树木的基点必须要与标尺的基点处于同一水平面。

2.3系统软件的使用

从直接测量法与间接测量法的原理,可知图像测量法的关键就是要求出图像中标尺及树高、树径和树冠所对应图像的像素点数。为此以Visu—alBasic6.0为工具开发了一套测试软件。考虑到测试的实际需要,该测试软件主要包括以下4个模块:几何缩放、直接测量、间接测量及数据处理。在测量时直接测量法只需要定出标尺的上下两个端点,就可以计算出每个像素点所代表的实际长度值,然后再根据所要求的参数,确定各个参数的特征点的位置。例如,若是要求树全高就只需要确定树的上下两个端点就可以得到树的全高值。间接测量法在计算单位像素点所代表的实际长度时比较麻烦,必须要在图像上确定两个已知长度的标尺的上下两个端点和待测树木的基点,然后才能求出长度值。因此在进行测量时确定特征点的位置非常重要,点的位置直接关系到测量精度。为了找准特征点,在系统软件中特意设置了一个几何缩放模块,通过先将图像放大,然后用鼠标直接在图像上确定特征点。数据处理模块主要是将测得的数据存进数据库,这样可以方便林业工作者做统计工作。

结语:将图像测量技术融入到森林调查工作的实施过程当中,为树木测量工作提供了技术保障,在开展测量工作的同时发挥出了图像测量技术的应用优势,并在实施野外测量工作的情况下,减少了人力以及辅助线工作的使用,降低了测量工作的强度。在使用图像测量技术的过程中,有助于保障拍摄图片以及测量数据的精准性以及完整性,并且能够实现随时存档,为后续的测量工作提供了便利性保障。图像测量技术的使用为森林调查工作提供了现代化的技术支撑,并加快了资源建设的整体进程,通过对有效技术经验的总结,保障了参数信息的整体性与准确性。

参考文献:

[1]孙亚珍,王延坤.无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的应用[J].江西农业,2020,(04):68-69.

[2]潘云华.森林资源调查监测技术及其对环境的保护作用探讨[J].大科技,2020,(04):163-164.