基于激光成像设备的精准测树研究毕业论文_林学毕业论文

基于激光成像设备的精准测树研究毕业论文

2021-04-23更新

摘 要

本文比对了罗盘仪、新型激光成像设备RD1000和地面激光扫描仪的测树方法,完成立木测树参数的测定,建立削度方程模型,运用统计方法检验模型的优劣,并给与精度评价。同时文章借鉴了最新的地面激光扫描数据所得结果,比较了所建立模型的材积估测结果,研究结果表明,便携式的成像激光技术具有成本低,精度高的优势,不仅可以替代传统测树解析木方法和罗盘仪测量,并且可以取得手工达不到的立木上部直径,使得立木无损测量并且达到一定的精度;而且相比于地面激光扫描技术,该技术成本低廉、便携易操作。所得最适合用于拟合江苏杨树行道树生长的削度方程模型为改进的四参数舒马赫模型。

此外,借助激光成像测量技术,使用D810设备获取立木冠幅数据,解算研究区冠幅同胸径、地径之间的统计关系,建立模型。实验结果表明,对于杨树行道树而言,地径对冠幅影响较胸径对冠幅的影响要大。本研究所介绍的测定和建模方法,对今后精准立木测定有一定的参考和借鉴价值。

关键词:RD1000;D810;激光成像;精准测树;削度方程;材积;冠幅

Study of the Application of Precision Laser Imaging Dendrometer Technology in forest mensuration

——Based on urban poplar case study

ABSTRACT

This study compared the application of compass instrument, the new type of laser imaging criterion RD1000 and terrestrial laser scanning in precision forest mensuration. The research completed measurement of stand tree parameter, established taper equation models for the case and gave precision evaluation for the measurement. The result was compared with the TLS method from reference, through volume estimation. The results showed that laser imaging dendrometer has advantages, such as portable, low cost and high accuracy. It is possible that this technology can replace traditional tree analytical method and compass measurements, because it can achieve the diameter in the upper stem height in a standing tree. Also it is possible to make non-destructive measurement and achieve a certain degree of accuracy, in compared with terrestrial laser scanning technology. The paper gives the result that the most suitable taper equation for the growth of poplar trees in Jiangsu is the four parameters modified Schumacher model: .

In addition, with the help of laser imaging technology, Leica D810 equipment, the research obtained data of tree crown, and established the model of the crown with DBH and ground. The experimental results show that the ground diameter of poplar trees gives higher influence on the crown than the effect of DBH. The modeling approach used in this study provides a reference for precision forest mensuration in the future.

Key words:Criterion RD1000; D810;laser imaging; precision measurement tree; taper equation; volume;crown width

目 录

1 前言 – 1 –

1.1 研究目的与意义 – 1 –

1.2 技术路线 – 2 –

2 研究概况 – 3 –

2.1 激光成像设备 – 3 –

2.1.1 测树设备综述 – 3 –

2.1.2 激光成像设备的应用现状 – 4 –

2.2 削度方程 – 6 –

2.3 江苏杨树四旁概况 – 7 –

3 实验数据 – 8 –

3.1 外业数据采集 – 8 –

3.1.1 罗盘仪外业测量 – 9 –

3.1.2 RD外业测量 – 9 –

3.1.3 D810外业测量 – 12 –

3.2 实验数据提取 – 12 –

3.2.1 RD1000和罗盘仪外业测量数据提取 – 12 –

3.2.2 D810外业测量数据提取 – 14 –

4 分析方法 – 15 –

4.1 数据对比与验证 – 15 –

4.2 削度方程模型的选择 – 15 –

4.3 模型参数的估计 – 16 –

4.4 模型的检验 – 16 –

4.5 材积的误差分析 – 16 –

4.6 冠幅数据分析 – 17 –

5 结果 – 18 –

5.1 成像激光设备测量值与传统仪器测量值对比结果 – 18 –

5.2 削度方程拟合结果 – 18 –

5.3 材积式比较结果 – 19 –

5.4 冠幅结果 – 21 –

6 结 论 – 23 –

致 谢 – 24 –

参考文献 – 25 –

1 前言

1.1 研究目的与意义

在森林经理和森林资源清查工作中,测树仪器一直发挥着十分重要的作用。近年来,随着林业工作部门的需要,大量的森林资源清查和森林调查设计工作急需完成,然而这些任务的顺利完成都要归功于各种测树仪器的使用。一般而言,皮尺、光学罗盘仪、布鲁莱斯测高器和胸径围尺等这些常规森林测量工具缺点突出。比如使用皮尺、光学罗盘仪时经常需要砍掉一些挡住测量视线的藤本树木,这样会导致不必要的林木损失;布鲁莱斯测树高时需测定观测者与树木之间的水平距离,然而由于大多森林测量是在坡面上进行的,这样则需要测得斜距后再换算成水平距,换算工作较繁琐,影响测量精度;用围尺测胸径时需与树干保持垂直才能保证测量精度,因此在实际操作过程中效率低,耗时耗力,影响测量进度[1]。随着科学技术的不断发展,各种测树仪器的原理、方法也在不断地改进和完善,其中激光技术发展尤为迅速,以其为测量手段的新型设备层出不穷,比如激光扫描技术,采用三维激光在非接触物体的情况下利用扫描测量方式,对被测物体进行快速扫描测量,同时直接获得激光点在物体表面上的各方向距离以及反射强度,然后实行自动存储功能并进行计算,获得点云数据[2]。其次通过一定的算法对点云数据进行处理,构建三维模型,得到结构参数,这一技术已经在多行业成功应用[3-7]。最新的研究表明,地面激光扫描仪在样地测树中,可以提取完整的立木结构信息,构建杆型曲线,所得到的样地级蓄积量误差(1%~15%)小于解析木的蓄积估计(12%~21%)[8]。但地面激光扫描的成本高,对于测树需求来说,所得数据冗余量大,后期处理要求高,所以在森林计测过程中急需一种弥补上述传统测树仪精度低等缺点和激光扫描仪成本高等不足的新型测树仪。

有许多学者研制了各式各样的多功能测树仪[9-11],当然传统仪器的应用和研究更是数不胜数。但是,关于激光成像测树仪的应用研究甚少。目前,在国内已有较多关于激光扫描技术在人工林方面的研究,通过扫描得到立木结构参数,进而对蓄积和生物量做估测计算[12-13]。但是其在行道树方面的研究相对较少。行道树在城市森林系统中有着举足轻重的地位,因此,本文以南京市城东主要杨树行道树为例,探究了具有代表性的激光成像设备莱卡(Leica)D810(http://www.leica-geosystems.com/en/Leica-DISTO-D810-touch_ 104560.htm)和美国快特能(CRITERION )激光测树器RD1000(http:// www.lasertech.com /Criterion-RD-1000. aspx)在行道树上的应用。便捷式激光成像设备的正确运用将大大提高林业调查的效率和精度,是对传统调查手段的补充和完善,并且可以取得手工达不到的立木上部直径,对这类设备的全面了解并掌握其技术是亟待完成的工作,本研究将对这类设备做应用和对比分析,以评价其对林业调查工作的影响。

1.2 技术路线

2 研究概况

2.1 激光成像设备

2.1.1 测树设备综述

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