一種三維綠量測定方法
2023-06-15 00:45:06 2
專利名稱：一種三維綠量測定方法
技術領域：
本發明涉及一種三維綠量測定方法，特別是一種以全站儀或測尺配合電子經緯儀
為工具的三維綠量測定技術方法。
二背景技術：
到目前為止，三維綠量測定的技術方法大致可以分為"立體攝影測量"與"平面量 模擬立體量"，兩種測算模式的共同點為，基於植物為較規則的幾何體，通過遙感獲取的樹 高或冠徑等信息繁衍綠量模型，多採用徑-高方程及一些經驗公式，但是以上方法還存在 著一些缺陷 ①目前測算三維綠量所需要的一些原始數據必須經人工的採集和判讀(如主要 樹種的確定，樹高、冠徑、葉面積的測量，遙感圖像判讀等)，這些工作耗時、繁瑣、工作量大， 與後期的計算機模擬計算形成強烈的反差。 ②三維綠量的測算精度主要取決於模擬計算的可靠程度，實地抽樣調查的精確度 與航片分析的精度直接影響測算精度，由此可以看出，工作量與三維綠量計算精度之間存 在很大的相關性，即繁雜的野外工作才能保證三維測定的精度要求； ③城市森林三維綠量處於不斷變化的過程中，樹木的生長、種植、移除、修剪等都 會使城市森林的三維綠量發生變化，因此三維綠量數據的更新是現有方法遇到的又一難 題； 因此，這些方法存在著工作量大、精度低和數據更新困難的缺點。所以，怎樣在不 影響測定精度的情況下，減少工作量，縮短外業工作時間，提高工作自動化水平並實現數據 的實時更新成為本領域科技人員急待解決的問題。
三、發明的內容 為了克服現有方法在三維綠量測定中不可避免地帶來的很多麻煩，提高工作效率 和精度，本發明的目的是提供一種以全站儀或測尺配合電子經緯儀為工具的三維綠量測定 技術方法，它克服了現有方法存在的上述缺點。 本發明的目的是這樣實現的以全站儀或者測尺配合電子經緯儀為工具測量角度 與邊長，由相關測量技術和數學模型對所測角度和距離進行數據處理，並在計算機上實現 對被測樹木樹冠體積的立體再現，在森林中實現規則形狀樹木樹冠體積的三維綠量測定， 具體步驟如下 首先，以樹幹底部中心處記原點0建立坐標系，以樹冠東西方向為X軸，其中原點 以東為正軸，原點以西為負軸；再以樹冠南北方向為Y軸，其中原點以北為正軸，原點以南 為負軸；最後以樹幹方向為Z軸，其中地面以上為正軸； 其次，在Y軸負方向上距離0點一定距離處架設全站儀或電子經緯儀並記為A點， 測出該點至原點的距離，記錄坐標(0，Ya，0);然後將稜鏡立於樹冠左端正下方處記為1點， 記錄瞄準稜鏡時儀器顯示的水平角！^、豎直角、和水平距離S。利用數學公式①&二 S^sin^②Z！ = S^tana!，得出1點坐標，記為(X!，0，Z》；
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然後，依照此方法均勻測量該樹木樹冠邊界一周若干點，並計算出各點在坐標系 下的坐標；然後依此方法在被測樹木的四個以上方向上測量樹冠的最外側點，並測算出各 點的坐標； 最後，把單木的整個樹冠看成是由單個的小圓臺組成的立體，通過坐標位於同 一圓周上的坐標點，求出每個小圓臺的體積和表面積，然後對他們求和，利用數學模型
③V:H^S,4+S,+V^)A,，就可以算出整個樹冠在空間所佔有的體積，從而實現在計算 機上對樹冠三維體積再現. 本項發明與現有傳統方法相比具有以下優點 (1)以全站儀或者測尺配合電子經緯儀為工具的三維綠量測定，對樹冠形狀考慮 較少，測量數據詳細全面精確，測量精度較高； (2)將測量中常用的測量方法廣泛運用於林業測樹，節約時間，減少了工作量，提 高了工作效率； (3)測量方法簡單實用，可以很好的對林木動態變化進行數據更新； (4)將數學模型引入三維綠量測定，大大提高了樹冠體積測量的準確性和科學性，
同時對計算機的運用又提高了工作自動化程度。
四
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。 圖1為任意形狀樹木樹冠測量示意圖；圖2為樹冠體積計算示意圖。
五具體實施例方式
三維綠量測定技術方法與現有傳統方法不同，作了很大改進，具體是 以全站儀或者測尺配合電子經緯儀為工具測量角度與邊長，由相關測量技術對所
測得的角度和邊長進行數據處理並獲得樹木樹冠上待測點的坐標，最後用數學方法在計算
機上實現對被測樹木樹冠體積的立體再現，如圖1所示 首先，以樹幹底部中心處記原點0建立坐標系，以樹冠東西方向為X軸，其中原點 以東為正軸，原點以西為負軸；再以樹冠南北方向為Y軸，其中原點以北為正軸，原點以南 為負軸；最後以樹幹方向為Z軸，其中地面以上為正軸； 其次，在Y軸負方向上距離0點一定距離處架設全站儀或電子經緯儀並記為A點， 對中、整平後測出該點至原點的距離(若用全站儀，則可直接測出至該點的距離；若儀器為 電子經緯儀，則需要皮尺配合經緯儀測距)，記錄坐標(0， Ya，0);然後將稜鏡立於樹冠左端 正下方處記為點l，記錄瞄準稜鏡時儀器顯示的水平角P p豎直角|3工和水平距離S工；利用
數學公式得出1點坐標，記為(X"0，Z》; 然後，依照此方法均勻測量該樹木樹冠邊界一周若干點，並計算出各點在坐標系 下的坐標；然後依此方法在被測樹木的四個以上方向上測量樹冠的最外側點，並測算出各 點的坐標； 最後，把單木的整個樹冠看成是由單個的小圓臺組成的立體，通過坐標位於同 一圓周上的坐標點，求出每個小圓臺的體積和表面積，然後對他們求和，利用數學模型V—t(SM+S+V^H，就可以算出整個樹冠在空間所佔有的體積，從而實現在計算機
上對樹冠三維體積再現。
權利要求
一種三維綠量測定方法，其特徵是以全站儀或者測尺配合電子經緯儀為工具測量角度與邊長，由相關測量技術和數學模型對所測角度和距離進行數據處理，並在計算機上實現對被測樹木樹冠體積的立體再現，在森林中實現規則形狀樹木樹冠體積的三維綠量測定，具體步驟如下首先，以樹幹底部中心處記原點O建立坐標系，以樹冠東西方向為X軸，其中原點以東為正軸，原點以西為負軸；再以樹冠南北方向為Y軸，其中原點以北為正軸，原點以南為負軸；最後以樹幹方向為Z軸，其中地面以上為正軸；其次，在Y軸負方向上距離O點一定距離處架設全站儀或電子經緯儀並記為A點，測出該點至原點的距離，記錄坐標(0，Ya，0)；然後將稜鏡立於樹冠左端正下方處記為1點，記錄瞄準稜鏡時儀器顯示的水平角β1、豎直角α1和水平距離S1；利用數學公式得出1點坐標，記為(X1，0，Z1)；其次，依照此方法均勻測量該樹木樹冠邊界一周若干點，並計算出各點在坐標系下的坐標；然後依此方法在被測樹木的四個以上方向上測量樹冠的最外側點，並測算出各點的坐標；最後，把單木的整個樹冠看成是由單個的小圓臺組成的立體，通過坐標位於同一圓周上的坐標點，求出每個小圓臺的體積和表面積，然後對他們求和，利用數學模型 V= 1 3 i=1 n ( S i - 1 + Si + S i-1 S i ) h i, 就可以算出整個樹冠在空間所佔有的體積，從而實現在計算機上對樹冠三維體積再現。
全文摘要
本發明公開了一種三維綠量測定方法，其特徵是以全站儀或者測尺配合電子經緯儀為工具測量角度與邊長，由相關測量技術對所測得的角度和邊長進行數據處理並獲得樹木樹冠上待測點的坐標，最後用數學方法在計算機上實現對被測樹木樹冠體積的立體再現，在森林中實現規則形狀樹冠體積的自動測定，快捷、方便，充分利用了工程測量中常用的全站儀與電子經緯儀，將測量中常用的測量方法廣泛運用於林業測樹，節約時間，減少了工作量，提高了工作效率，同時對計算機的運用又可大大提高工作自動化程度。
文檔編號G01B21/00GK101793509SQ20101011935
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月8日 優先權日2010年3月8日
發明者馮仲科, 王佳, 閆飛 申請人:北京林業大學