【摘要】：隨著現(xiàn)代林業(yè)的發(fā)展和精準(zhǔn)林業(yè)、數(shù)字林業(yè)的提出與不斷完善,森林資源調(diào)查、觀測(cè)和造林進(jìn)入了測(cè)量精準(zhǔn)、裝備智能的信息化時(shí)代。為適應(yīng)現(xiàn)代化林業(yè)發(fā)展的需求,該文針對(duì)森林調(diào)查數(shù)字化、多功能、智能化的測(cè)樹(shù)儀器、森林觀測(cè)設(shè)備和無(wú)人機(jī)造林裝備技術(shù)體系展開(kāi)研究,形成一套由森林調(diào)查到科學(xué)造林再到精準(zhǔn)觀測(cè)和經(jīng)營(yíng)的完整森林精準(zhǔn)經(jīng)營(yíng)裝備體系。該文研制并構(gòu)建了適用于森林資源調(diào)查的手持式樹(shù)高和胸徑測(cè)量裝備硬件體系,分別研制了手持式精準(zhǔn)立木樹(shù)高測(cè)量裝置與手持式高精度立木胸徑測(cè)量設(shè)備,通過(guò)軟件設(shè)計(jì)協(xié)同使用各測(cè)量裝備,形成了更為精準(zhǔn)高效的森林資源調(diào)查作業(yè)裝備體系,實(shí)現(xiàn)了森林調(diào)查的樹(shù)高和胸徑精準(zhǔn)測(cè)量,提高了森林資源調(diào)查外業(yè)和內(nèi)業(yè)效率,測(cè)量精度滿足國(guó)家森林資源調(diào)查的標(biāo)準(zhǔn)。該文針對(duì)林分樣地三維觀測(cè)設(shè)備和方法展開(kāi)研究,設(shè)計(jì)和研制了手持式林分樣地三維攝影觀測(cè)設(shè)備,并以手持式林分樣地三維攝影觀測(cè)設(shè)備為基礎(chǔ),對(duì)多種不同類型的林分樣地展開(kāi)三維觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。文章針對(duì)不同類型的林分樣地三維攝影觀測(cè)提出了 U型觀測(cè)方法、交叉U型觀測(cè)方法、螺旋仿航線攝影方法、阿基米德螺線攝影方法等。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,螺旋仿航線攝影方法僅使用171張相片即可成功觀測(cè)500m2以上的矩形林分樣地,三維觀測(cè)作業(yè)效率高,點(diǎn)云密度較高,胸徑截面處點(diǎn)云數(shù)據(jù)僅存在少量的噪點(diǎn)。該方法不受觀測(cè)面積大小的限制,可以和航空攝影方法一樣對(duì)地面林分樣地進(jìn)行大規(guī)模的三維觀測(cè)。阿基米德螺線攝影方法對(duì)圓形樣地?cái)z影觀測(cè)效果良好,能夠克服在觀測(cè)時(shí)因拍攝角度遇到的雜草、枝葉、樹(shù)干等遮擋問(wèn)題,具有較高的抗干擾能力,更適合復(fù)雜環(huán)境的天然林觀測(cè),同時(shí)具備更高密度的點(diǎn)云觀測(cè)效果和更少的點(diǎn)云噪點(diǎn)。該文利用無(wú)人機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)等,研制了無(wú)人機(jī)精密造林裝備系統(tǒng),將現(xiàn)代無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)造林中。該文研制的無(wú)人機(jī)機(jī)載造林裝置具有良好的造林速度和穩(wěn)定性,可以精準(zhǔn)控制種子造林間距,并具有較好的可調(diào)節(jié)性,能夠?qū)崿F(xiàn)單點(diǎn)單株、單點(diǎn)多株和航線連續(xù)造林等多種造林模式,經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證利用GNSS RTK無(wú)人機(jī)定位系統(tǒng)造林種子偏離航線平均絕對(duì)誤差為7.6cm,精度較高,無(wú)人機(jī)精密造林裝備系統(tǒng)可以適用于多種造林任務(wù)。該文針對(duì)測(cè)樹(shù)和造林裝備的研究,構(gòu)建了森林資源調(diào)查與觀測(cè)的裝備技術(shù)體系和無(wú)人機(jī)精密造林裝備系統(tǒng),對(duì)森林資源調(diào)查、檢測(cè)、管理和經(jīng)營(yíng)有較大現(xiàn)實(shí)意義。該文研制的調(diào)查和觀測(cè)裝備可為無(wú)人機(jī)造林決策提供精準(zhǔn)而有效的數(shù)據(jù)支撐。該文研制的儀器設(shè)備,能夠提高森林資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)和造林作業(yè)的工作效率,研制的主要裝備技術(shù)和方法對(duì)提高當(dāng)前我國(guó)森林資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)技術(shù)水平、降低野外勞動(dòng)強(qiáng)度和林業(yè)生產(chǎn)成本具有重要意義,可以滿足不同尺度、不同精度和不同成本預(yù)算的森林資源調(diào)查與造林作業(yè)需求,對(duì)森林資源信息快速高效的獲取和精準(zhǔn)造林具有指導(dǎo)和借鑒意義。
【圖文】：

￣￣｜邐電源邋｜邐邐＾逡逑圖２－ｌ（ａ）硬件設(shè)計(jì)圖邐圖２－ｌ（ｂ）試驗(yàn)樣機(jī)逡逑圖２－１硬件設(shè)計(jì)和試驗(yàn)樣機(jī)圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｈａｒｄｗａｒｅ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ａｎｄ邋ｔｅｓｔ邋ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑２．１．２軟件設(shè)計(jì)逡逑２．１．２．１胸徑測(cè)量設(shè)備軟件設(shè)計(jì)逡逑手持式高精度立木胸徑測(cè)量設(shè)備嵌入式軟件程序在Ａｒｄｎｉｎｏ邋１ＤＥ邋１．７．８開(kāi)發(fā)環(huán)境逡逑下編程設(shè)計(jì)，利用基于Ｃ＋＋編程語(yǔ)言的Ａｒｄｕｉｎｏ語(yǔ)法編寫(xiě)嵌入式代碼，設(shè)備嵌入式代逡逑碼采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括立木胸徑測(cè)量的主程序模塊，按鍵控制程序模逡逑塊，時(shí)間控制程序模塊，校準(zhǔn)與歸零點(diǎn)設(shè)置程序模塊等，最終集成為完整的嵌入式胸逡逑徑測(cè)量設(shè)備軟件，逐一實(shí)現(xiàn)立木胸徑測(cè)量功能，，按鍵操作和控制功能，定時(shí)與計(jì)時(shí)功逡逑能和測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)等功能。如圖２－２所示嵌入式程序流程圖。逡逑

鋼絲拉伸長(zhǎng)度產(chǎn)生的，即胸徑傳感器通過(guò)鋼絲拉伸長(zhǎng)度不同輸出不同的電壓信號(hào)值，逡逑胸徑傳感器鋼絲的拉伸長(zhǎng)度信息與電壓信號(hào)是線性關(guān)系，再通過(guò)智能芯片計(jì)算和處理逡逑后可得到精準(zhǔn)的樹(shù)木胸徑測(cè)量值，本文設(shè)計(jì)研制的胸徑傳感器原理如圖２－３所示。逡逑１６逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S757.2

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