本發(fā)明涉及影像數(shù)據(jù)處理，特別是涉及一種評估疏林草原樹木死亡率的方法與無人機(jī)。
背景技術(shù)：
溫帶疏林草原主要分布于我國北方荒漠化地區(qū)，為科爾沁沙地、渾善達(dá)克沙地、呼倫貝爾沙地等地區(qū)。隨著全球氣候變暖，樹木死亡呈增加趨勢，另外，樹木死亡還會影響疏林樹木的空間格局，傳統(tǒng)上樹木死亡與空間格局的調(diào)查主要通過樣地抽樣調(diào)查方式進(jìn)行，但通過人工抽樣調(diào)查的方法由于環(huán)境惡劣、人力投入大、工作環(huán)境艱苦且效率低下、調(diào)查范圍小、樣地空間代表性差等缺點(diǎn)，無法開展大面積普查。而目前，無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)取得較大的發(fā)展，但無人機(jī)空中攝影在生態(tài)與林業(yè)中的應(yīng)用程度還較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以快速獲取疏林樹木空間格局與死亡率等生態(tài)信息的評估疏林草原樹木死亡率的方法與無人機(jī)。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，包括：
利用無人機(jī)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像；
統(tǒng)計所述影像內(nèi)樹木的數(shù)量；
判別出所述影像內(nèi)死亡樹木的數(shù)量；
根據(jù)所述影像內(nèi)樹木的數(shù)量以及所述影像內(nèi)死亡樹木的數(shù)量計算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的樹木死亡率。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，利用無人機(jī)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像包括：
在無人機(jī)上設(shè)置定焦距數(shù)碼彩色相機(jī)；
確定所述定焦距數(shù)碼彩色相機(jī)的傳感器分辨率，包括：
對所述目標(biāo)區(qū)域的樹木冠開展每木調(diào)查，即在所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干個調(diào)查樣地，在每一調(diào)查樣地中以樹干為圓心，每隔45度測量冠層半徑，然后確定所有調(diào)查樣地中所有樹木中最小冠層的面積和直徑，通過下式確定傳感器分辨率s：
s為傳感器分辨率，fov為所述目標(biāo)區(qū)域的短邊長度，can為實(shí)際測定的若干個調(diào)查樣地的最小冠層平均直徑；
確定無人機(jī)飛行高度，包括：
根據(jù)相機(jī)焦距、傳感器尺寸，按下式測算無人機(jī)所需的飛行高度：
焦距×fov＝傳感器尺寸×飛行高度；
使無人機(jī)保持在所述飛行高度上飛行，控制相機(jī)對目標(biāo)區(qū)域拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，利用無人機(jī)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像還包括：根據(jù)無人機(jī)的飛行速度確定無人機(jī)上的彩色相機(jī)的拍攝頻率，使目標(biāo)區(qū)域的影像連續(xù)反映目標(biāo)區(qū)域的形貌。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，還包括：
無人機(jī)遙感地物校正，包括：在無人機(jī)空中照相前，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，確定多個關(guān)鍵地物，通過差分gps分別測定多個關(guān)鍵地物的空間地理坐標(biāo)，得到目標(biāo)區(qū)域的影像后，在影像上尋找所述多個關(guān)鍵地物，利用所述多個關(guān)鍵地物的空間地理坐標(biāo)，確定影像中所有地物的精確坐標(biāo)。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，所述統(tǒng)計所述影像內(nèi)樹木的數(shù)量包括：
提取影像中樹木冠層的空間輪廓和位置數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計影像內(nèi)樹木的數(shù)量。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，所述判別出所述影像內(nèi)死亡樹木的數(shù)量包括：
將影像進(jìn)行灰度化處理，得到灰度化處理后的影像；
根據(jù)灰度化處理后的影像中死亡樹木和正常樹木的灰度值變化范圍，分別建立正常和死亡樹木的灰度閾值；
根據(jù)正常樹木的灰度閾值和死亡樹木的灰度閾值，在灰度化處理后的影像中確定出死亡樹木的數(shù)量以及正常樹木的數(shù)量。
本發(fā)明的無人機(jī)，包括控制器以及分別與所述控制器連接的遙控接收單元、衛(wèi)星定位單元、數(shù)傳單元、存儲單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、usb接口、相機(jī)連接單元，所述無人機(jī)還包括設(shè)置在機(jī)體上的相機(jī)安裝座，所述相機(jī)安裝座的底板上設(shè)置有用于鏡頭伸出的鏡頭孔，所述鏡頭孔的軸線與水平面垂直，所述相機(jī)安裝座的側(cè)壁上設(shè)置有用于與相機(jī)連接的相機(jī)接口，所述相機(jī)接口與所述相機(jī)連接單元連接，所述控制器通過所述相機(jī)連接單元控制所述相機(jī)工作。
本發(fā)明的無人機(jī)，其中，所述相機(jī)安裝座的側(cè)壁上設(shè)置有散熱筋。
本發(fā)明的無人機(jī)，其中，還包括多個超聲波探頭，多個所述超聲波探頭安裝在所述無人機(jī)的機(jī)身側(cè)面，每個所述超聲波探頭與控制器連接。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法可以為快速獲取疏林樹木空間格局與死亡率等生態(tài)信息，解決人工抽樣調(diào)查費(fèi)時費(fèi)力，空間代表性差等問題。本發(fā)明之目的在于通過無人機(jī)航空攝影，獲取地面疏林的空間格局及樹木死亡等生態(tài)信息，從而促進(jìn)無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)與林業(yè)調(diào)查與研究中廣泛應(yīng)用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的無人機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，包括：
利用無人機(jī)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像；
統(tǒng)計所述影像內(nèi)樹木的數(shù)量；
判別出所述影像內(nèi)死亡樹木的數(shù)量；
根據(jù)所述影像內(nèi)樹木的數(shù)量以及所述影像內(nèi)死亡樹木的數(shù)量計算出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的樹木死亡率。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，利用無人機(jī)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像包括：
在無人機(jī)上設(shè)置定焦距數(shù)碼彩色相機(jī)；
確定所述定焦距數(shù)碼彩色相機(jī)的傳感器分辨率，包括：
對所述目標(biāo)區(qū)域的樹木冠開展每木調(diào)查，即在所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干個調(diào)查樣地，在每一調(diào)查樣地中以樹干為圓心，每隔45度測量冠層半徑，然后確定所有調(diào)查樣地中所有樹木中最小冠層的面積和直徑，通過下式確定傳感器分辨率s：
s為傳感器分辨率，fov為所述目標(biāo)區(qū)域的短邊長度，can為實(shí)際測定的若干個調(diào)查樣地的最小冠層平均直徑；
確定無人機(jī)飛行高度，包括：
根據(jù)相機(jī)焦距、傳感器尺寸，按下式測算無人機(jī)所需的飛行高度：
焦距×fov＝傳感器尺寸×飛行高度；
使無人機(jī)保持在所述飛行高度上飛行，控制相機(jī)對目標(biāo)區(qū)域拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，利用無人機(jī)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像還包括：根據(jù)無人機(jī)的飛行速度確定無人機(jī)上的彩色相機(jī)的拍攝頻率，使目標(biāo)區(qū)域的影像連續(xù)反映目標(biāo)區(qū)域的形貌。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，還包括：
無人機(jī)遙感地物校正，包括：在無人機(jī)空中照相前，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，確定多個關(guān)鍵地物，通過差分gps分別測定多個關(guān)鍵地物的空間地理坐標(biāo)，得到目標(biāo)區(qū)域的影像后，在影像上尋找所述多個關(guān)鍵地物，利用所述多個關(guān)鍵地物的空間地理坐標(biāo)，確定影像中所有地物的精確坐標(biāo)。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，所述統(tǒng)計所述影像內(nèi)樹木的數(shù)量包括：
提取影像中樹木冠層的空間輪廓和位置數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計影像內(nèi)樹木的數(shù)量。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法，其中，所述判別出所述影像內(nèi)死亡樹木的數(shù)量包括：
將影像進(jìn)行灰度化處理，得到灰度化處理后的影像；
根據(jù)灰度化處理后的影像中死亡樹木和正常樹木的灰度值變化范圍，分別建立正常和死亡樹木的灰度閾值；
根據(jù)正常樹木的灰度閾值和死亡樹木的灰度閾值，在灰度化處理后的影像中確定出死亡樹木的數(shù)量以及正常樹木的數(shù)量。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法的實(shí)施例如下：
首先，在開展無人機(jī)空中照相前，需要開展地物坐標(biāo)校正工作，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，事先確定好關(guān)鍵地物，通過差分gps精確測定關(guān)鍵地物的空間地理坐標(biāo)，關(guān)鍵地物的數(shù)量不少于10個，優(yōu)選30個；
對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的樹木冠開展每木調(diào)查，在區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干個調(diào)查樣地(例如樣地大小為100×100m)，在每一調(diào)查樣地中，以樹干為圓心，每隔45度測量冠層半徑，然后統(tǒng)計所有調(diào)查樣地中所有樹木中最小冠層的面積和直徑，通過下式確定傳感器分辨率s
s為傳感器分辨率，fov為所述目標(biāo)區(qū)域的短邊長度，can為實(shí)際測定的若干個調(diào)查樣地的最小冠層平均直徑；
接著，以所有調(diào)查樣地中最小樹木冠層半徑長度的1/2為擬得到影像的亞像素尺寸；
在無人機(jī)上設(shè)置定焦距數(shù)碼彩色相機(jī)；根據(jù)相機(jī)焦距、傳感器尺寸確定無人機(jī)飛行高度，按下式測算無人機(jī)所需的飛行高度：
焦距×fov＝傳感器尺寸×飛行高度
開展無人機(jī)掛載彩色數(shù)碼相機(jī)空中預(yù)拍攝試驗(yàn)，確定自動照相時間，調(diào)試無人機(jī)與相機(jī)工作狀態(tài)，根據(jù)無人機(jī)的飛行速度確定無人機(jī)上的彩色相機(jī)的拍攝頻率，使目標(biāo)區(qū)域的影像連續(xù)反映目標(biāo)區(qū)域的形貌，使無人機(jī)保持在所述飛行高度上飛行，控制相機(jī)對目標(biāo)區(qū)域拍攝，得到目標(biāo)區(qū)域的影像，為保證攝像的清晰度與相機(jī)的穩(wěn)定性，需要調(diào)整相機(jī)鏡頭對地姿態(tài)，保持相機(jī)鏡頭與地面垂直，使無人機(jī)保持在一定高度上，然后保持無人機(jī)固定高度飛行，通過遙控手段控制相機(jī)對地拍攝，拍攝頻率一般每10-20s拍攝一次，將影像保存于相機(jī)存儲卡內(nèi)，得到目標(biāo)區(qū)域的影像后，在影像上尋找上述多個關(guān)鍵地物，利用多個關(guān)鍵地物的空間地理坐標(biāo)，確定影像中所有地物的精確坐標(biāo)；
將拍攝的影像導(dǎo)入到arcgis軟件或envi軟件等地理信息軟件，通過軟件自動，結(jié)合人工目視解譯的方法，提取影像中樹木冠層的空間輪廓和位置，并統(tǒng)計影像內(nèi)樹木的數(shù)量；
將影像進(jìn)行灰度化處理，得到灰度化處理后的影像；灰度影像也可以反映整幅影像的整體和局部的色度和亮度等級的分布和特征，灰度化處理方法為通過matlab軟件或envi軟件等軟件，根據(jù)yuv顏色空間中表示像素的亮度的參數(shù)y能夠反映亮度等級的特點(diǎn)，根據(jù)yuv中y與rgb顏色空間中r、g、b三個顏色分量的對應(yīng)：y＝0.299r+0.587g+0.114b，以這個亮度值y表達(dá)影像的灰度值，使影像的y值介于0-255之間；結(jié)合對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部分區(qū)域的實(shí)際調(diào)查的結(jié)果，通過人工目視確定影像中部分的正常樹冠與死亡樹冠，根據(jù)上述影像中部分死亡樹木和正常樹木的灰度值變化范圍，分別建立正常和死亡樹木的灰度閾值；
根據(jù)正常樹木的灰度閾值和死亡樹木的灰度閾值，在灰度化處理后的影像中通過arcgis軟件或envi軟件分類統(tǒng)計正常樹冠與死亡樹冠的數(shù)量，然后計算樹木死亡率，其計算公式如下：樹木死亡率＝死亡樹木數(shù)/(死亡樹木數(shù)+正常樹木數(shù))×100％。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法可以大大提高工作效率，增強(qiáng)調(diào)查的空間代表性，提高生態(tài)調(diào)查的可靠性與準(zhǔn)確性。
本發(fā)明的評估疏林草原樹木死亡率的方法可以為快速獲取疏林樹木空間格局與死亡率等生態(tài)信息，解決人工抽樣調(diào)查費(fèi)時費(fèi)力，空間代表性差等問題。本發(fā)明之目的在于通過無人機(jī)航空攝影，獲取地面疏林的空間格局及樹木死亡等生態(tài)信息，從而促進(jìn)無人機(jī)遙感技術(shù)在生態(tài)與林業(yè)調(diào)查與研究中廣泛應(yīng)用。
本發(fā)明的優(yōu)勢在于：
(1)提高了疏林植被野外調(diào)查的效率和準(zhǔn)確度，節(jié)省了大量人力；
(2)簡化了室內(nèi)工作，使影像處理自動化；
(3)優(yōu)化了疏林草原生態(tài)與林業(yè)調(diào)查的工作。
如圖1所示，本發(fā)明的無人機(jī)，包括控制器以及均分別與控制器連接的遙控接收單元、衛(wèi)星定位單元、數(shù)傳單元、存儲單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、usb接口、相機(jī)連接單元，無人機(jī)還包括設(shè)置在機(jī)體上的相機(jī)安裝座10，相機(jī)安裝座10的底板1上設(shè)置有用于鏡頭伸出的鏡頭孔2，鏡頭孔2的軸線與水平面垂直，相機(jī)安裝座的側(cè)壁3上設(shè)置有用于與相機(jī)連接的相機(jī)接口4，相機(jī)接口4與相機(jī)連接單元連接，控制器通過相機(jī)連接單元控制相機(jī)工作。
本發(fā)明的無人機(jī)，其中，相機(jī)安裝座10的側(cè)壁3上設(shè)置有散熱筋5。
本發(fā)明的無人機(jī)，其中，還包括多個超聲波探頭6，多個超聲波探頭安裝在無人機(jī)的機(jī)身側(cè)面，每個超聲波探頭與控制器連接。
本發(fā)明的無人機(jī)，其中，還包括多個散熱孔7，多個散熱孔7設(shè)置在無人機(jī)的機(jī)身側(cè)面。
本發(fā)明的無人機(jī)，其中，多個散熱孔7分為四組，每組散熱孔中靠近無人機(jī)中軸的散熱孔的面積大于遠(yuǎn)離無人機(jī)中軸的散熱孔的面積。
本發(fā)明的無人機(jī)，其中，多個超聲波探頭在無人機(jī)飛行或者懸停時對周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時探測。超聲波探頭用于發(fā)射超聲波發(fā)射信號并接收超聲波，還可以對超聲波回波信號進(jìn)行處理，得到回波數(shù)據(jù)，進(jìn)一步得到障礙物數(shù)據(jù)，該障礙物數(shù)據(jù)可以包括障礙物方向數(shù)據(jù)和障礙物距離數(shù)據(jù)等。
控制器可以根據(jù)障礙物數(shù)據(jù)生成飛行控制指令，飛行控制指令可以包括預(yù)警、減速、剎車和/或懸停等飛行狀態(tài)控制指令。
以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。