数字摄影测量技术在森林调查中的应用分析

2021-04-08任汉屏

林业勘查设计 2021年2期

任汉屏

(黑龙江省林业和草原第二调查规划设计院，黑龙江绥化 152054)

随着国民经济的日益发展，生态环境建设的重要性凸显，掌握现有的森林资源状况，能够为生态环境建设提供更好的数据支撑。进行森林资源调查时，将各类统计、测量技术应用到调查工作中，能进一步提升工作的效率，而数字摄影测量技术的应用，为森林资源调查工作的顺利推进提供有效的技术支撑。鉴于此，对数字摄影测量技术在森林调查中的应用这一内容进行深入分析具有重要现实意义。

1 数字摄影测量技术在森林调查中的应用原理

为了提升树木测量质量，进行树径、树冠等参数的测量时，数字摄影测量技术应用中使用了一种全新的测量计算方式，即测量过程中，需要在树木中线位置标定树位点，在树位点两侧的边沿处量取两点，根据对位点之间关系的计算，计算出树木直径数值。具体的技术运用原理如下：

如图1所示，其中S为摄像机的摆放位置，P为树位点，剩余所有坐标参数均为已知数值。测量过程中，a与b设定为树木边沿点A与B的象点，摄像机的焦距设定为f。K为a与b的中点到摄像站点与a与b的中点在y轴之上的投影到摄像站点S的连点夹角，其中a与b之间的距离计算方法为两个象点的象坐标计算得出，进行a与b之间的中点至摄像点S之间的距离计算时，可对a与b两点的象坐标以及摄像机焦距进行计算和统计。根据相似三角形原理的运用，进行树径A、B的数值测量时，将ab数值依照摄像机站点S位置到ab与图1汇总p点位置的比例数值进行计算， ab数值需要乘以改正系数cosK.

图1 测算树径图

2 数字摄影测量技术在森林调查中的应用

2.1 技术应用方法

为了提升数字摄影测量技术在树木调查中的应用效果，进行了实地研究，实验地点选择某小树林，树林中树木之间的平均距离约为7m，使用带有广角拍摄功能的手持摄像机，共拍摄测量图片8张，选取其中适宜研究的5张照片开展实验工作。在摄像开始前，将两个标志粘贴于被测量树木之上，并对两个树木之间的距离进行测量，结果为1.57m，两点之间的编号分别设定为1001与1002。为了测量树木1.3m高度的胸径，同样在该高度粘贴了一个标志，并同期进行树木直径的测量。在摄像机广角镜头拍摄的情况下，需针对拍摄照片进行镜头畸变校正处理，之后在树木中线及树木底部区域进行树位测定。

2.2 技术应用成果统计

在进行数字摄影测量技术的应用成果统计时，需要对选中的5张照片进行一次处理，在每一张图像中树木的底部区域以及胸部区域进行标志点的标定工作，并输入相应的标志点号码，不同的图像中同一个物点编号必须保持一致，避免测量出错。利用计算机程序将各个标志点的三维坐标以及测站点坐标、摄影方向进行数据处理，得出数据处理结果，点取树木胸径标志点进行树径的计算，绘制相应的数位平面图(图2)。

图2 树位平面图

本次共测量5株树木，其中两株树木的直径过小，并未进行直径测量，树木胸径以及实际测量数值见表1。

表1 树径测量结果表Tab.1 Tree Diameter Measurement Result Table

3 数字摄影测量技术优化及其在森林调查中的应用优势分析

3.1 数字摄影测量技术优化

通过对上述实验结果进行分析发现，树木上某一点的三维坐标测定后，能够计算出该点处以上的树木实际高度。对树木距离地面的高程进行测量和统计，可以借助研究中使用的数字摄影测量技术，按照地面变化情况，测量出三株不同的高程。为了推算得出1.3m处树木直径，运用具有代表性的几株树木随高度变换的直径变化方程进行计算，当得出树木某一高度位置的直径后，就能够利用方程计算得出1.3m处树木直径。

研究表明，应用数字摄影测量技术进行树木调查时，首先需要在调查现场按照树木大小进行标杆插立，之后使用摄像机面向树林展开摄影工作。摄影期间，应该有效满足2个摄影需求：1)确保摄影的重叠度，为后续立体三维模型构建提供条件；2)确保每一张摄影照片树木的观测点数量必须超出15个。