數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在森林調(diào)查中的應(yīng)用分析

任漢屏

(黑龍江省林業(yè)和草原第二調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，黑龍江 綏化 152054)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要性凸顯，掌握現(xiàn)有的森林資源狀況，能夠?yàn)樯鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)提供更好的數(shù)據(jù)支撐。進(jìn)行森林資源調(diào)查時(shí)，將各類統(tǒng)計(jì)、測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到調(diào)查工作中，能進(jìn)一步提升工作的效率，而數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，為森林資源調(diào)查工作的順利推進(jìn)提供有效的技術(shù)支撐。鑒于此，對(duì)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在森林調(diào)查中的應(yīng)用這一內(nèi)容進(jìn)行深入分析具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在森林調(diào)查中的應(yīng)用原理

為了提升樹木測(cè)量質(zhì)量，進(jìn)行樹徑、樹冠等參數(shù)的測(cè)量時(shí)，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中使用了一種全新的測(cè)量計(jì)算方式，即測(cè)量過程中，需要在樹木中線位置標(biāo)定樹位點(diǎn)，在樹位點(diǎn)兩側(cè)的邊沿處量取兩點(diǎn)，根據(jù)對(duì)位點(diǎn)之間關(guān)系的計(jì)算，計(jì)算出樹木直徑數(shù)值。具體的技術(shù)運(yùn)用原理如下：

如圖1所示，其中S為攝像機(jī)的擺放位置，P為樹位點(diǎn)，剩余所有坐標(biāo)參數(shù)均為已知數(shù)值。測(cè)量過程中，a與b設(shè)定為樹木邊沿點(diǎn)A與B的象點(diǎn)，攝像機(jī)的焦距設(shè)定為f。K為a與b的中點(diǎn)到攝像站點(diǎn)與a與b的中點(diǎn)在y軸之上的投影到攝像站點(diǎn)S的連點(diǎn)夾角，其中a與b之間的距離計(jì)算方法為兩個(gè)象點(diǎn)的象坐標(biāo)計(jì)算得出，進(jìn)行a與b之間的中點(diǎn)至攝像點(diǎn)S之間的距離計(jì)算時(shí)，可對(duì)a與b兩點(diǎn)的象坐標(biāo)以及攝像機(jī)焦距進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。根據(jù)相似三角形原理的運(yùn)用，進(jìn)行樹徑A、B的數(shù)值測(cè)量時(shí)，將ab數(shù)值依照攝像機(jī)站點(diǎn)S位置到ab與圖1匯總p點(diǎn)位置的比例數(shù)值進(jìn)行計(jì)算， ab數(shù)值需要乘以改正系數(shù)cosK.

圖1 測(cè)算樹徑圖

2 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在森林調(diào)查中的應(yīng)用

2.1 技術(shù)應(yīng)用方法

為了提升數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在樹木調(diào)查中的應(yīng)用效果，進(jìn)行了實(shí)地研究，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選擇某小樹林，樹林中樹木之間的平均距離約為7m，使用帶有廣角拍攝功能的手持?jǐn)z像機(jī)，共拍攝測(cè)量圖片8張，選取其中適宜研究的5張照片開展實(shí)驗(yàn)工作。在攝像開始前，將兩個(gè)標(biāo)志粘貼于被測(cè)量樹木之上，并對(duì)兩個(gè)樹木之間的距離進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果為1.57m，兩點(diǎn)之間的編號(hào)分別設(shè)定為1001與1002。為了測(cè)量樹木1.3m高度的胸徑，同樣在該高度粘貼了一個(gè)標(biāo)志，并同期進(jìn)行樹木直徑的測(cè)量。在攝像機(jī)廣角鏡頭拍攝的情況下，需針對(duì)拍攝照片進(jìn)行鏡頭畸變校正處理，之后在樹木中線及樹木底部區(qū)域進(jìn)行樹位測(cè)定。

2.2 技術(shù)應(yīng)用成果統(tǒng)計(jì)

在進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用成果統(tǒng)計(jì)時(shí)，需要對(duì)選中的5張照片進(jìn)行一次處理，在每一張圖像中樹木的底部區(qū)域以及胸部區(qū)域進(jìn)行標(biāo)志點(diǎn)的標(biāo)定工作，并輸入相應(yīng)的標(biāo)志點(diǎn)號(hào)碼，不同的圖像中同一個(gè)物點(diǎn)編號(hào)必須保持一致，避免測(cè)量出錯(cuò)。利用計(jì)算機(jī)程序?qū)⒏鱾€(gè)標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)以及測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)、攝影方向進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出數(shù)據(jù)處理結(jié)果，點(diǎn)取樹木胸徑標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行樹徑的計(jì)算，繪制相應(yīng)的數(shù)位平面圖(圖2)。

圖2 樹位平面圖

本次共測(cè)量5株樹木，其中兩株樹木的直徑過小，并未進(jìn)行直徑測(cè)量，樹木胸徑以及實(shí)際測(cè)量數(shù)值見表1。

表1 樹徑測(cè)量結(jié)果表Tab.1 Tree Diameter Measurement Result Table

3 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)優(yōu)化及其在森林調(diào)查中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

3.1 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)優(yōu)化

通過對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，樹木上某一點(diǎn)的三維坐標(biāo)測(cè)定后，能夠計(jì)算出該點(diǎn)處以上的樹木實(shí)際高度。對(duì)樹木距離地面的高程進(jìn)行測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，可以借助研究中使用的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)，按照地面變化情況，測(cè)量出三株不同的高程。為了推算得出1.3m處樹木直徑，運(yùn)用具有代表性的幾株樹木隨高度變換的直徑變化方程進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)?shù)贸鰳淠灸骋桓叨任恢玫闹睆胶?，就能夠利用方程?jì)算得出1.3m處樹木直徑。

研究表明，應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行樹木調(diào)查時(shí)，首先需要在調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)按照樹木大小進(jìn)行標(biāo)桿插立，之后使用攝像機(jī)面向樹林展開攝影工作。攝影期間，應(yīng)該有效滿足2個(gè)攝影需求：1)確保攝影的重疊度，為后續(xù)立體三維模型構(gòu)建提供條件；2)確保每一張攝影照片樹木的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量必須超出15個(gè)。

3.2 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)在森林調(diào)查中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

將數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于調(diào)查工作，優(yōu)勢(shì)主要在以下幾方面：

1)在進(jìn)行野外調(diào)查時(shí)，無需在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量的距離測(cè)量工作，輔助性測(cè)量流程也可以簡(jiǎn)化，提升了野外調(diào)查工作效率，同時(shí)也減輕了調(diào)查人員的工作強(qiáng)度。

2)利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)得出的森林資源調(diào)查成果，不僅具有實(shí)用性和可靠性，樹木的位置資料調(diào)查數(shù)據(jù)，具有一定的科研價(jià)值。

3)利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)拍攝出的照片，以及相關(guān)調(diào)查流程、計(jì)算資料，為調(diào)查工作更新和優(yōu)化提供了良好的數(shù)據(jù)參考，為本次研究提供了數(shù)據(jù)支撐，為其他關(guān)于森林樹木資源的研究提供了數(shù)據(jù)參考。

4)借助數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)運(yùn)用得出的森林樹木資源測(cè)量結(jié)果，為林業(yè)資源管理工作的順利開展提供參考，在相關(guān)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和管理效率的提升方面發(fā)揮了重要的促進(jìn)作用，為森林資源調(diào)查測(cè)量方法的統(tǒng)一奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

通過以上內(nèi)容分析，在森林資源的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)過程中，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的有效應(yīng)用，為工作效率優(yōu)化起到了積極的促進(jìn)作用，同時(shí)在工作量的簡(jiǎn)化方面也具有顯著效果。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，仍存在不足之處，還有待專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)一步更新和優(yōu)化，最終為森林資源調(diào)查工作質(zhì)量的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。