基于近景数字摄影测量技术的针叶树冠幅反演研究开题报告

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1. 研究目的与意义

目的：从森林资源调查应用的目的出发，应用近景数字摄影测量技术对近景摄影影像进行分析处理，在此基础上对针叶树的冠幅进行反演，得到针叶树的冠幅数据。

意义：通过对近景数字摄影测量技术的研究实现森林资源监测过程的自动化与快捷化是未来林业监测的一大方向。

相比较传统测量技术，近景数字摄影测量技术需要的设备配件轻巧方便，对测量区域的立地条件与外围环境没有严格的限制，且其定位精度高，信号强度强，覆盖范围广，数据精度也符合实际分析需要，使测量设备携带方便，操作过程得到简化，大大提高了工作效率。

2. 国内外研究现状分析

近景数字摄影测量技术有着160多年的历史，其发展也从一开始的探索到现在的普及。尤其是计算机和数码传感器的发展与应用，成为数字近景摄影测量发展的关键因素，并使其实现在广泛领域的研究应用成为可能

宫鹏等（1999）《利用数字摄影测量技术以探测橡树草原变化》中首次将数字摄影测量技术应用于林学领域。其在文中利用航空摄影像对构建数字地表模型，通过树冠部分高程与周围地面高程的高程差测量树高，并通过正射影像取阈值后所得树冠叠置于地表形态变化图，提取树冠变化信息。通过内业处理即可完成树高等因子的测算，外业工作量小，尤其在人类不易达到的地方也可以测算树高郁闭度等，改善多光谱数据分析探测到的变化精度，但测量精度还有所欠缺。冯仲科等（2001）提出将数字近景摄影测量与全站仪结合，对森林固定样地测树研究。以普通数字相机为工具，通过普通相机对固定样地摄影，借助计算机建立数字近景摄影测量系统 .建立摄影测量共线方程，通过dlt变换，求得待定参数，进而把像方空间和物方空间联系起来，确定像方任一点坐标 (x,y)对应的物方坐标 (x ,y ,z) ,从而恢复物方空间立体，计算胸径、任一处直径、树高、树冠体积等测树指标。

柳瑞武等（2011）利用多基线数字近景摄影测量技术，对五年生核桃进行形态结构测定，最终获得高精度点云模型。通过样木选择、测站选择、树木样点的布设、树木样点精确测定、树木影像采集5个步骤，用多基线测量的方取得样木影像，使用lensphoto 摄影测量系统匹配大量同名点生成点云数据，最终对点云数据进行树木形态结构测定。测定结果误差可以满足树木形态测定的精度要求。这种方法不伤及被测样木，保护环境，但样木背景过于复杂时影响匹配就会出现困难，产生点云密度较小等问题。陈义伟等（2012）使用多基线近景测量方法进行外业测量利用lensphoto进行内业处理生成点云，最终进行三维表面重建基于三维表面进行立体、平面测图，采用区域网光束平差法得出测量结果。利用该方法测量整体误差为1.8mm，可以满足树木形态精确测定的要求和树木可视化研究。隋铭明、高天宇（2013）对于单幅未定标相片进行树木形态测量。该方法利用摄影前后的几何不变量－交比对照片进行解析，在一定已知长度的支持以及灭点和灭线的辅助下，推导出与已知线段共线的及与已知线段共面的距离量测算法，最后将其应用到树木形态参数测量中。该方法快捷简单易实现，但测量精度低于多基线摄影测量方法，且单张照片信息量有限，图片分辨率大小会对测量造成影响。

3. 研究的基本内容与计划

1．研究内容

（1）影像成像时由于数码设备系统内部的模型误差等使得影像像元产生畸变，为消除畸变误差则需要对拍摄影像进行预处理；通过研究得到的内方位元素和畸变差模型参数的方法来对影像处理消除误差，以便下一步处理。

（2）影像像元处在二维平面中，而对针叶树的冠幅的计算则需要三维数据的支持；选择合适的反演参数法可将二维坐标转化为三维坐标。

4. 研究创新点

根据针叶林的特征而提出适合针叶树的参数模型，在明白其对应原理后，还可以有目的地改变一些参数，确定一种近景数字摄影测量技术方法使其适用于常绿阔叶林，为林业资源监测提供帮助。