一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，步驟：（1）確定待測(cè)林區(qū)的坐標(biāo)；（2）根據(jù)坐標(biāo)，地面處理系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行到待測(cè)林區(qū)上空距地面200米處，懸停；（3）通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)對(duì)待測(cè)林區(qū)進(jìn)行航拍：所述的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)包括：控制模塊（210），其接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的指令，并基于所接收到的數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)力模塊、全球定位系統(tǒng)模塊、拍攝模塊進(jìn)行控制，拍攝模塊，用以接收控制模塊的指令，基于所接收到的指令進(jìn)行航拍；（4）對(duì)航拍照片進(jìn)行處理：利用ERDAS軟件對(duì)航拍照片進(jìn)行處理；（5）計(jì)算林窗形狀和面積。該方法具有快捷、精確、反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)，可以推廣應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及林窗形狀和面積的測(cè)量方法，特別涉及用于快速精確測(cè)量闊葉紅松林 林區(qū)的林窗形狀和面積的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法。 一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法
【背景技術(shù)】
[0002] 林窗是指在林冠層造成空隙的現(xiàn)象，林窗對(duì)于森林的更新具有重要的意義，可以 通過(guò)林窗的大小來(lái)確定森林中植被的生長(zhǎng)狀況，隨之可以通過(guò)播種減小林窗或是對(duì)植被剪 枝擴(kuò)大林窗來(lái)達(dá)到加速森林植被快速生長(zhǎng)的目的。
[0003] 目前，對(duì)林窗形狀和面積的測(cè)量主要是人工進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，誤差大，對(duì)于一些人 員無(wú)法到達(dá)的山區(qū)，很難通過(guò)人工測(cè)量。
[0004] 目前，存在一種衛(wèi)星航拍技術(shù)和航拍飛機(jī)，然而這種技術(shù)受環(huán)境的影響比較大，當(dāng) 有云層阻擋時(shí)不能完成航拍任務(wù)，由于衛(wèi)星在大氣層外部，不能航拍到清晰照片，衛(wèi)星的分 辨率可以精確到〇. 5米，衛(wèi)星航拍的分辨率低，航拍飛機(jī)需要建設(shè)跑道，耗資巨大。
[0005] 目前，存在云臺(tái)與三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀配合使用的技術(shù)與裝置，如 專利申請(qǐng)CN201210201385. 9中的基于慣性姿態(tài)傳感器的自穩(wěn)定云臺(tái)和專利申請(qǐng) CN201210179480. 3中的飛行器航拍云臺(tái)控制器及其控制方法，這些裝置均存在體積笨重， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。并且這些裝置都是獨(dú)立于無(wú)人機(jī)使用，當(dāng)與無(wú)人機(jī)配合使用時(shí)，需要兩片單片機(jī) 控制器，因此造成了零件重復(fù)使用，增加了無(wú)人機(jī)的質(zhì)量負(fù)擔(dān)。在這些裝置中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包 括云臺(tái)等復(fù)雜裝置，這些裝置中含有多個(gè)零件，因此造成質(zhì)量大、攜帶不便、操作困難等問(wèn) 題。
[0006] 為了更加快捷、精確測(cè)量出林窗的形狀和面積，本發(fā)明人對(duì)傳統(tǒng)林窗形狀和面積 的測(cè)量方法進(jìn)行了研究，并且對(duì)現(xiàn)今的航拍無(wú)人機(jī)和航拍技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以便能夠發(fā)明出 具有快捷、精確、反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：將設(shè)置有相機(jī)的無(wú)人機(jī) 遙感系統(tǒng)懸停在待測(cè)林區(qū)上空距地面200米處，進(jìn)行航拍，并且通過(guò)三軸陀螺儀（300)和三 軸加速度計(jì)（301)每隔3秒測(cè)量相機(jī)的角速度信息和加速度信息，并且將測(cè)量到的信息反 饋到中央控制器，中央控制器對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以基于處理結(jié)果來(lái)控制相機(jī)，從 而使得相機(jī)的鏡頭與地面垂直。最后，將航拍后的照片，通過(guò)專業(yè)ERDAS軟件和ARCMAP軟 件處理，得到林窗的形狀和各個(gè)林窗的面積數(shù)據(jù)。通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)航拍地林區(qū)照片分 辨率可以達(dá)到2cm-5cm，分辨率高，圖像清晰；本發(fā)明提供的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)通過(guò)三軸陀螺 儀（300)與三軸加速度計(jì)（301)直接測(cè)量相機(jī)的角速度信息和加速度信息，保證了航拍的 準(zhǔn)確性，保證了航拍的靈敏性；無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)去掉了許多復(fù)雜的零件，如云臺(tái)的等零件， 使得無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、零件少、質(zhì)量減輕；從而完成本發(fā)明。
[0008] 本發(fā)明的目的在于提供以下方面：
[0009] (1)-種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，其特征在于，該方法包括以下步 驟：
[0010] (1)確定待測(cè)林區(qū)的坐標(biāo)；
[0011] (2)根據(jù)坐標(biāo)，地面處理系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行到待測(cè)林區(qū)上空距地面200 米處，懸停；
[0012] (3)通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)對(duì)待測(cè)林區(qū)進(jìn)行航拍：所述的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)包括：
[0013] 控制模塊（210)，其接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的指令，并基于所接收到的數(shù)據(jù)對(duì) 動(dòng)力模塊、全球定位系統(tǒng)模塊、拍攝模塊進(jìn)行控制，所述控制模塊包括：
[0014] 中央控制器（211)，其用以接收來(lái)自三軸陀螺儀（300)和三軸加速度計(jì)（301)傳輸 的數(shù)據(jù)、接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、來(lái)自三軸陀螺儀（212 )和三軸加速度計(jì)（213 ) 的傳輸數(shù)據(jù)以及來(lái)自超聲波測(cè)距儀或氣壓計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)所接收到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理以基于處理結(jié)果來(lái)控制相機(jī)；控制電子調(diào)速器，從而能夠通過(guò)所述電子調(diào)速器實(shí)時(shí)調(diào)整 各所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，
[0015] 三軸陀螺儀（212)，測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的角速度信息，
[0016] 三軸加速度計(jì)（213)，測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的加速度信息，
[0017] 超聲波測(cè)距儀（214)，其用以在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面相距不大于2米時(shí)測(cè) 量所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面之間的距離；
[0018] 氣壓計(jì)（215)，其用以在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面相距大于2米時(shí)測(cè)量所述無(wú) 人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面之間的距離；
[0019] 拍攝模塊，用以接收控制模塊的指令，基于所接收到的指令進(jìn)行航拍，所述拍攝模 塊包括：
[0020] 三軸陀螺儀（300)，其用以測(cè)量所述相機(jī)（302)的角速度信息，
[0021] 三軸加速度計(jì)（301)，其用以測(cè)量所述相機(jī)（302)的加速度信息；
[0022] (4)對(duì)航拍照片進(jìn)行處理：獲得林冠層的航拍照片后利用ERDAS軟件進(jìn)行處理，將 航拍照片中構(gòu)成森林群落的樹(shù)種與林窗分離；
[0023] (5)計(jì)算林窗形狀和面積：將分離后的林窗照片導(dǎo)入到ARCMAP軟件中處理，得到 林窗的形狀和各個(gè)林窗的面積數(shù)據(jù)。
[0024] (2)根據(jù)上述（1)所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（1) 中，確定待測(cè)林區(qū)的地理坐標(biāo)需要人工確定。
[0025] (3)根據(jù)上述（1)所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（2) 中，中央控制器（211)接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、來(lái)自三軸陀螺儀（212 )和三軸加 速度計(jì)（213)的傳輸數(shù)據(jù)以及來(lái)自超聲波測(cè)距儀或氣壓計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)所接收到的各 種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以基于處理結(jié)果來(lái)控制所述電子調(diào)速器，從而能夠通過(guò)所述電子調(diào)速器實(shí) 時(shí)調(diào)整各所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)。
[0026] 其中，在步驟（2)中，中央控制器不接收拍攝模塊中的三軸陀螺儀（300)與三軸加 速度計(jì)（301)的信息，不對(duì)相機(jī)進(jìn)行調(diào)整。
[0027] (4)根據(jù)上述（1)所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（3) 中，動(dòng)力模塊（220)，用以使無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行，所述動(dòng)力模塊包括：
[0028] 水平方向上的四個(gè)電機(jī)（221)，用于為無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)提供動(dòng)力，并且用于帶動(dòng) 螺旋槳（223)，以完成無(wú)人機(jī)飛行工作，
[0029] 電子調(diào)速器（222)，用于實(shí)時(shí)調(diào)整各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，利用轉(zhuǎn)速差來(lái)保持無(wú)人機(jī)遙感 系統(tǒng)的平衡。
[0030] (5)根據(jù)上述（1)所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（3) 中，全球定位系統(tǒng)模塊（304)，接收中央控制器的信號(hào)，在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行時(shí)導(dǎo)引 所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)到達(dá)需要進(jìn)行測(cè)量的地區(qū)。
[0031] (6)根據(jù)上述（1)所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，步驟（3)中， 中央控制器（211)接收來(lái)自地面處理系統(tǒng)、三軸陀螺儀（300 )和三軸加速度計(jì)（301)傳輸?shù)?數(shù)據(jù)、三軸陀螺儀（212)和三軸加速度計(jì)（213)的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理以基于處理結(jié)果來(lái)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)和相機(jī)，從而使得相機(jī)（302)的鏡頭與地面垂直。
[0032] 其中，中央控制器接收三軸陀螺儀（300)和三軸加速度計(jì)（301)測(cè)量信息的周期 為3秒。
[0033] (7)根據(jù)上述（1)所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（3) 中，ERDAS軟件首先對(duì)航拍后的遙感照片正射校正和地理校正，并在遙感照片中加入投影坐 標(biāo)系，隨后對(duì)遙感照片進(jìn)行地物的監(jiān)督分類，從而將遙感照片中構(gòu)成森林群落的樹(shù)種與林 窗分離。
[0034] (8)根據(jù)上述（1)所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（4)中 將分離后的林窗照片導(dǎo)入到ARCMAP軟件中的柵格-矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，將林窗信息轉(zhuǎn)為矢 量數(shù)據(jù)，從而得到林窗的形狀，在矢量數(shù)據(jù)的屬性文檔中得到各個(gè)林窗的面積數(shù)據(jù)。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，具有快捷、精確等 優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，該方法中包含的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)具有反應(yīng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、省時(shí)省力、質(zhì)量輕等 優(yōu)點(diǎn)；可以大規(guī)模的投入到林學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域以及林學(xué)的科研、教育等領(lǐng)域。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法 的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的框圖；
[0037] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法 的柵格-矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊圖；
[0038] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法 的流程圖；
[0039] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法 的航拍流程圖；
[0040] 附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：
[0041] 100-地面處理系統(tǒng)
[0042] 210-控制模塊
[0043] 211-中央控制器
[0044] 212-三軸陀螺儀
[0045] 213-三軸加速度計(jì)
[0046] 214-超聲波測(cè)距儀
[0047] 215-氣壓計(jì)
[0048] 220-動(dòng)力模塊
[0049] 221-電機(jī)
[0050] 222-電子調(diào)速儀
[0051] 223-螺旋槳
[0052] 300-三軸陀螺儀
[0053] 301-三軸加速度計(jì)
[0054] 302-相機(jī)
[0055] 304-全球定位系統(tǒng)模塊
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面通過(guò)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將隨著這些說(shuō)明而變得更 為清楚、明確。
[0057] 在這里專用的詞"示例性"意為"用作例子、實(shí)施例或說(shuō)明性"。這里作為"示例性" 所說(shuō)明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各 種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0058] 本發(fā)明公開(kāi)一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，使用該方法可以方便、快 捷、精確的測(cè)量林窗的形狀和面積。
[0059] 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖1-4中所示，提供一種快速精確確定 林窗形狀和面積的方法，該方法包括以下步驟：
[0060] ( 1)確定待測(cè)林區(qū)的坐標(biāo)；
[0061] (2)根據(jù)坐標(biāo)，地面處理系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行到待測(cè)林區(qū)上空距地面200 米處，懸停；
[0062] (3)通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)對(duì)待測(cè)林區(qū)進(jìn)行航拍：所述的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)包括：
[0063] 控制模塊（210)，其接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的指令，并基于所接收到的數(shù)據(jù)對(duì) 動(dòng)力模塊、全球定位系統(tǒng)模塊、拍攝模塊進(jìn)行控制，所述控制模塊包括：
[0064] 中央控制器（211)，其用以接收來(lái)自三軸陀螺儀（300)和三軸加速度計(jì)（301)傳輸 的數(shù)據(jù)、接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、來(lái)自三軸陀螺儀（212 )和三軸加速度計(jì)（213 ) 的傳輸數(shù)據(jù)以及來(lái)自超聲波測(cè)距儀或氣壓計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)所接收到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理以基于處理結(jié)果來(lái)控制相機(jī)；控制電子調(diào)速器，從而能夠通過(guò)所述電子調(diào)速器實(shí)時(shí)調(diào)整 各所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，
[0065] 三軸陀螺儀（212)，測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的角速度信息，
[0066] 三軸加速度計(jì)（213)，測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的加速度信息，
[0067] 超聲波測(cè)距儀（214)，其用以在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面相距不大于2米時(shí)測(cè) 量所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面之間的距離；
[0068] 氣壓計(jì)（215)，其用以在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面相距大于2米時(shí)測(cè)量所述無(wú) 人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面之間的距離；
[0069]拍攝模塊，用以接收控制模塊的指令，基于所接收到的指令進(jìn)行航拍，所述拍攝模 塊包括：
[0070] 三軸陀螺儀（300)，其用以測(cè)量所述相機(jī)（302)的角速度信息，
[0071] 三軸加速度計(jì)（301)，其用以測(cè)量所述相機(jī)（302)的加速度信息；
[0072] (4)對(duì)航拍照片進(jìn)行處理：獲得林冠層的航拍照片后利用ERDAS軟件進(jìn)行處理，將 航拍照片中構(gòu)成森林群落的樹(shù)種與林窗分離；
[0073] (5)計(jì)算林窗形狀和面積：將分離后的林窗照片導(dǎo)入到ARCMAP軟件中處理，得到 林窗的形狀和各個(gè)林窗的面積數(shù)據(jù)。
[0074] 在這里，三軸加速度計(jì)301與三軸陀螺儀300配合使用，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以使得 傳輸?shù)街醒肟刂破鞯南鄼C(jī)的角速度信息和加速度信息更加的準(zhǔn)確，精細(xì)，中央控制器就能 更好地跟蹤并捕捉三維空間的完整運(yùn)動(dòng)，從而能更好的作出處理，從而達(dá)到最佳的航拍效 果。
[0075] 其中，作為三軸加速度計(jì)301，優(yōu)選采用ADI公司的ADXL330,其靈敏度為300mv/g、 零位為1. 5V、抗沖擊能力為10000g。
[0076] 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖3中所示，在步驟（1)中，待測(cè)林區(qū)的 地理坐標(biāo)需要人工確定。
[0077] 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖3中所示，在步驟（2)中，當(dāng)取得待測(cè) 林區(qū)的地理坐標(biāo)后，通過(guò)地面處理系統(tǒng)給無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的控制模塊發(fā)出指令，指引無(wú)人 機(jī)遙感系統(tǒng)到達(dá)需要測(cè)量的林區(qū)上空200米處，懸停，等待航拍。
[0078] 其中，地面處理系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行到目標(biāo)點(diǎn)上空的具體流程為：地面 處理系統(tǒng)給無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的控制模塊發(fā)出起飛指令S01，此時(shí)電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)后產(chǎn) 生的升力使無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)起飛S02,之后地面處理系統(tǒng)給無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)發(fā)出目標(biāo)點(diǎn)指 令S03,無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)按照指令并在全球定位系統(tǒng)模塊的導(dǎo)引下飛向目標(biāo)點(diǎn)S04,到達(dá)目 標(biāo)點(diǎn)上空，并達(dá)到指定高度200米后，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)懸停，等待航拍，經(jīng)過(guò)研究表明，當(dāng)無(wú) 人機(jī)遙感系統(tǒng)距離地面距離過(guò)低時(shí)，相機(jī)航拍的照片利用率低，含有大量重復(fù)的航拍照片； 當(dāng)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)距離地面過(guò)高時(shí)，航拍照片不清晰，因此，經(jīng)過(guò)本發(fā)明人的研究，當(dāng)無(wú)人 機(jī)遙感系統(tǒng)距離地面距離為200米的時(shí)候，相機(jī)航拍出的照片可以在清晰度和利用率之間 達(dá)到平衡點(diǎn)，既可以拍出清晰的照片，又可以提供航拍照片的利用率，避免航拍照片重復(fù)。 [0079] 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖3、4中所示，在步驟（3)中，在進(jìn)行航 拍過(guò)程中，中央控制器211控制相機(jī)302的鏡頭與地面垂直，其流程為：
[0080] 開(kāi)始步驟001，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)上空距地面200米處，懸停，等待拍照。
[0081] 接收地面處理系統(tǒng)指令002,中央控制器接收地面處理系統(tǒng)的指令。
[0082] 判斷是否進(jìn)行航拍003,如果是航拍指令，進(jìn)入004,如果不是返回002,繼續(xù)等待 地面處理系統(tǒng)的指令。
[0083] 測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的姿態(tài)信息004,測(cè)量的信息存到存儲(chǔ)單元S1。
[0084] 測(cè)量相機(jī)的姿態(tài)信息005,測(cè)量到的信息存到存儲(chǔ)單元S2。
[0085] 計(jì)算數(shù)據(jù)006,計(jì)算S1和S2的數(shù)據(jù)。
[0086] 調(diào)整無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的姿態(tài)007,根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)，對(duì)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的飛行姿態(tài) 進(jìn)行調(diào)整，使得無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面水平。
[0087] 調(diào)整相機(jī)的姿態(tài)008,調(diào)整相機(jī)的姿態(tài)使得相機(jī)與地面垂直。
[0088] 測(cè)量相機(jī)的姿態(tài)信息009,將測(cè)量的信息存到存儲(chǔ)單元S3中。
[0089] 測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)姿態(tài)信息010,將測(cè)量的信息存到存儲(chǔ)單元S4中。
[0090] 測(cè)量相機(jī)的姿態(tài)信息011，設(shè)測(cè)量的信息為A。
[0091] 判斷A是否等于S3012,如果A等于S3,進(jìn)行拍照013,如果A不等于S3,轉(zhuǎn)到004。
[0092] 拍照013,對(duì)待測(cè)林區(qū)進(jìn)行航拍。
[0093] 接收地面處理系統(tǒng)指令014。
[0094] 判斷是否是航拍指令015,如果是航拍指令，跳轉(zhuǎn)到011，如果不是航拍指令，如果 不是航拍指令，返航016。
[0095] 其中，對(duì)于步驟011和步驟012,中央控制器接收三軸陀螺儀（300)和三軸加速度 計(jì)（301)測(cè)量信息的周期為3秒，即每隔3秒鐘采集一次相機(jī)的姿態(tài)信息A，并將該信息A 與S3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果不相等，立即調(diào)整無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)和相機(jī)的姿態(tài)，使得相機(jī) 與地面垂直，3秒鐘的間隔可是使得相機(jī)與地面之間的角度始終保持垂直，使得測(cè)量更加準(zhǔn) 確，減小測(cè)量誤差。
[0096] 在此流程中，步驟004和步驟010測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的姿態(tài)信息通過(guò)三軸陀螺 儀（212)和三軸加速度計(jì)（213)，步驟005、步驟009和步驟011中測(cè)量相機(jī)的姿態(tài)信息通過(guò) 三軸陀螺儀（300 )和三軸加速度計(jì)（301)。
[0097] 在此流程中，所述的姿態(tài)信息包括加速度信息和角速度信息，此控制流程可保證 無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在任何氣象條件下都能實(shí)施航拍，即使天氣出現(xiàn)異常也不會(huì)影響航拍。 [0098] 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖1中所示，在步驟（3)中，動(dòng)力模塊，用 以使無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行，所述動(dòng)力模塊包括：
[0099] 水平方向上的四個(gè)電機(jī)221，用于為無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)提供動(dòng)力，并且用于帶動(dòng)螺 旋槳223,以完成無(wú)人機(jī)飛行工作，
[0100] 電子調(diào)速器222,用于實(shí)時(shí)調(diào)整各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，利用轉(zhuǎn)速差來(lái)保持無(wú)人機(jī)遙感系 統(tǒng)的平衡；
[0101] 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖1中所示，在步驟（3)中，全球定位系 統(tǒng)模塊304,接收中央控制器的信號(hào)，在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行時(shí)導(dǎo)引所述無(wú)人機(jī)遙感系 統(tǒng)到達(dá)需要進(jìn)行測(cè)量的地區(qū)。
[0102] 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖3中所示，在步驟（4)中，ERDAS軟件處 理遙感照片的過(guò)程為：
[0103] 首先，對(duì)遙感照片進(jìn)行正射校正和地理校正，
[0104] 其次，在遙感照片中加入投影坐標(biāo)系，
[0105] 再次，隨后進(jìn)行地物的監(jiān)督分類，從而將構(gòu)成森林群落的樹(shù)種與林窗分離。
[0106] 在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如圖3中所示，在步驟（5)中，將步驟（4)中 樹(shù)種與林窗分類后的林窗照片導(dǎo)入到ARCMAP軟件中的柵格-矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，通過(guò)該模 塊將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，將離散的點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有光滑曲線的連續(xù)數(shù)據(jù)，此時(shí)可 以看到林窗的形狀，隨后在矢量數(shù)據(jù)的屬性文檔中可以看到各個(gè)林窗的面積數(shù)據(jù)。
[0107] 以上結(jié)合【具體實(shí)施方式】和范例性實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，不過(guò)這些說(shuō)明并 不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下， 可以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案及其實(shí)施方式進(jìn)行多種等價(jià)替換、修飾或改進(jìn)，這些均落入本發(fā)明 的范圍內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： (1) 確定待測(cè)林區(qū)的坐標(biāo)； (2) 根據(jù)坐標(biāo)，地面處理系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行到待測(cè)林區(qū)上空距地面200米 處，懸停； (3) 通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)對(duì)待測(cè)林區(qū)進(jìn)行航拍：所述的無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)包括： 控制模塊（210)，其接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的指令，并基于所接收到的數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)力 模塊、全球定位系統(tǒng)模塊、拍攝模塊進(jìn)行控制，所述控制模塊包括： 中央控制器（211 )，其用以接收來(lái)自三軸陀螺儀（300 )和三軸加速度計(jì)（301)傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)、接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、來(lái)自三軸陀螺儀（212)和三軸加速度計(jì)（213)的傳 輸數(shù)據(jù)以及來(lái)自超聲波測(cè)距儀或氣壓計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)所接收到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以 基于處理結(jié)果來(lái)控制相機(jī)；控制電子調(diào)速器，從而能夠通過(guò)所述電子調(diào)速器實(shí)時(shí)調(diào)整各所 述電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 三軸陀螺儀（212)，測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的角速度信息， 三軸加速度計(jì)（213)，測(cè)量無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的加速度信息， 超聲波測(cè)距儀（214)，其用以在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面相距不大于2米時(shí)測(cè)量所 述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面之間的距離； 氣壓計(jì)（215)，其用以在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)與地面相距大于2米時(shí)測(cè)量所述無(wú)人機(jī) 遙感系統(tǒng)與地面之間的距離； 拍攝模塊，用以接收控制模塊的指令，基于所接收到的指令進(jìn)行航拍，所述拍攝模塊包 括： 三軸陀螺儀（300)，其用以測(cè)量所述相機(jī)（302)的角速度信息， 三軸加速度計(jì)（301)，其用以測(cè)量所述相機(jī)（302)的加速度信息； (4) 對(duì)航拍照片進(jìn)行處理：獲得林冠層的航拍照片后利用ERDAS軟件進(jìn)行處理，將航拍 照片中構(gòu)成森林群落的樹(shù)種與林窗分離； (5) 計(jì)算林窗形狀和面積：將分離后的林窗照片導(dǎo)入到ARCMAP軟件中處理，得到林窗 的形狀和各個(gè)林窗的面積數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（1)中，確 定待測(cè)林區(qū)的地理坐標(biāo)需要人工確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（2)中，中 央控制器（211)接收來(lái)自所述地面處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、來(lái)自三軸陀螺儀（212)和三軸加速度 計(jì)（213)的傳輸數(shù)據(jù)以及來(lái)自超聲波測(cè)距儀或氣壓計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)所接收到的各種數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理以基于處理結(jié)果來(lái)控制所述電子調(diào)速器，從而能夠通過(guò)所述電子調(diào)速器實(shí)時(shí)調(diào) 整各所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)。 其中，在步驟（2)中，中央控制器不接收拍攝模塊中的三軸陀螺儀（300)與三軸加速度 計(jì)（301)的信息，不對(duì)相機(jī)進(jìn)行調(diào)整。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（3)中，動(dòng) 力模塊（220)，用以使無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行，所述動(dòng)力模塊包括： 水平方向上的四個(gè)電機(jī)（221)，用于為無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)提供動(dòng)力，并且用于帶動(dòng)螺旋 槳（223)，以完成無(wú)人機(jī)飛行工作， 電子調(diào)速器（222)，用于實(shí)時(shí)調(diào)整各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，利用轉(zhuǎn)速差來(lái)保持無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng) 的平衡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（3)中，全 球定位系統(tǒng)模塊（304)，接收中央控制器的信號(hào)，在所述無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行時(shí)導(dǎo)引所述無(wú) 人機(jī)遙感系統(tǒng)到達(dá)需要進(jìn)行測(cè)量的地區(qū)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，步驟（3)中，中 央控制器（211)接收來(lái)自地面處理系統(tǒng)、三軸陀螺儀（300 )和三軸加速度計(jì)（301)傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)、三軸陀螺儀（212)和三軸加速度計(jì)（213)的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 以基于處理結(jié)果來(lái)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)和相機(jī)，從而使得相機(jī)（302)的鏡頭與地面垂直。 其中，中央控制器接收三軸陀螺儀（300)和三軸加速度計(jì)（301)測(cè)量信息的周期為3 秒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（3)中， ERDAS軟件首先對(duì)航拍后的遙感照片正射校正和地理校正，并在遙感照片中加入投影坐標(biāo) 系，隨后對(duì)遙感照片進(jìn)行地物的監(jiān)督分類，從而將遙感照片中構(gòu)成森林群落的樹(shù)種與林窗 分離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速精確確定林窗形狀和面積的方法，在步驟（4)中將 分離后的林窗照片導(dǎo)入到ARCMAP軟件中的柵格-矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，將林窗信息轉(zhuǎn)為矢量 數(shù)據(jù)，從而得到林窗的形狀，在矢量數(shù)據(jù)的屬性文檔中得到各個(gè)林窗的面積數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104061904SQ201310095191
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】張玉波, 宋國(guó)華, 李俊清 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)