基于航片的正射影像林相圖制作及森林測(cè)量研究.pdf

1、利用航空像片(以后簡(jiǎn)稱航片)進(jìn)行林業(yè)制圖和森林測(cè)量是森林資源調(diào)查的主要任務(wù)。本文根據(jù)自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差原理，利用ERDAS的OrthoBASE模塊對(duì)2003年?yáng)|北林業(yè)大學(xué)帽兒山試驗(yàn)林場(chǎng)拍攝的176張航片，共13條航帶進(jìn)行了空三加密，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)字微分糾正，最后生成了帽兒山林場(chǎng)比例尺為1：25000影像林相圖和傳統(tǒng)的林相圖以及各個(gè)施業(yè)區(qū)比例尺為1：10000影像林相圖和傳統(tǒng)的林相圖，影像圖點(diǎn)位中誤差僅為2.953m，達(dá)到了相當(dāng)高的精

2、度。這也是我國(guó)林業(yè)部門第一次通過(guò)數(shù)字微分糾正生成的正射影像林相圖和林相圖。正射糾正消除或大大降低了因攝影機(jī)傾斜和地形起伏兩種因素引起的影像位移，消除或大大降低了航片各種誤差的影響，主要包括：攝影機(jī)物鏡畸變、攝影感光材料變形、大氣折光和地球曲率對(duì)像點(diǎn)坐標(biāo)的影響。最后，本文以尖砬溝施業(yè)區(qū)為例，利用制作的正射影像林相圖以及光束法空中三角測(cè)量得到的航片外方位元素和數(shù)字表面模型，進(jìn)行了森林測(cè)量研究，包括面積、郁閉度、林分平均高和單個(gè)立木樹(shù)高測(cè)量。

3、在此過(guò)程中，本文主要完成了以下工作： 第一、采用GPS的RTK測(cè)量技術(shù)，按照近似密周布點(diǎn)方案，在野外共測(cè)得帽兒山像控點(diǎn)91個(gè)(全部為Fixed狀態(tài))，全部為平高點(diǎn)，加上購(gòu)買的4個(gè)控制點(diǎn)共95個(gè)像控點(diǎn)，像控點(diǎn)最大誤差為dm級(jí)。 第二、對(duì)四幅1：50000比例尺的地形圖采用600dpi分辨率進(jìn)行掃描，采用3次多項(xiàng)式進(jìn)行糾正，配準(zhǔn)精度分別為：第一幅地形圖的控制點(diǎn)X坐標(biāo)誤差均方根為0.0036pixel，Y誤差均方根為0.001

4、4pixel，總誤差均方根為0.0038pixel；第二幅地形圖的控制點(diǎn)X誤差均方根為0.0042pixel，Y誤差均方根為0.0020pixel，總誤差均方根為0.0047pixel；第三幅地形圖的控制點(diǎn)X誤差均方根為0.0043pixel，Y誤差均方根為0.0022pixel，總誤差均方根為0.0048pixel；第四幅地形圖的控制點(diǎn)X誤差均方根為0.0026pixel，Y誤差均方根為0.0007pixel，總誤差均方根為0.002

5、7pixel。最后，對(duì)拼接后的四幅地形圖進(jìn)行精度檢驗(yàn)，結(jié)果顯示：六個(gè)檢查點(diǎn)中，X坐標(biāo)誤差(△X)最大值為1.741m，最小值為0.037m，平均值為1.119m;Y坐標(biāo)誤差(△Y)最大值為1.501m，最小值為0.516m，平均值為1.006m。單個(gè)檢查點(diǎn)的坐標(biāo)誤差均方根(Ti)中最大值為2.026m，最小為0.517m，所有檢查點(diǎn)坐標(biāo)總誤差均方根(T)為1.749m。 第三、采用三角形線性插值及三角形非線性插值方法，分別生成了

6、分辨率為5m的DEM，并采用檢查點(diǎn)法和等高線回放抽樣法對(duì)DEM進(jìn)行了精度檢驗(yàn)，其中回放等高線方法中，首次提出了“重合度”檢驗(yàn)法。檢查點(diǎn)法共選擇49個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果顯示：線性插值總誤差均方根為4.1m，非線性插值總誤差均方根為3.8m，非線性插值精度偏高。回放等高線法，共選擇18個(gè)公暈網(wǎng)格的等高線與原等高線進(jìn)行比較，結(jié)果顯示：線性插值其重合度為96％，非線性插值重合度為96.5％.非線性插值總體回放精度較高。 第四、首次提出

7、了利用絕對(duì)與相對(duì)位置求航片外方位元素初始值的方法，解決了應(yīng)用自檢校光束法進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差所需要的外方位元素初始值問(wèn)題。 第五、運(yùn)用自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差理論，對(duì)各航片的外方位元素進(jìn)了解算，對(duì)原來(lái)的控制點(diǎn)和連接點(diǎn)進(jìn)行了加密。經(jīng)過(guò)計(jì)算加密后控制點(diǎn)坐標(biāo)與原始控制點(diǎn)坐標(biāo)之差，得到：X坐標(biāo)誤差最大值為4.604m，總誤差均方根為1.449m：Y坐標(biāo)最大誤差為4.838m，總誤差均方根為1.528m；Z坐標(biāo)最大誤差為4.244m，總誤差均方根

8、為2.052m。因此可以認(rèn)為加密精度較高，這是因?yàn)閷?duì)于成圖比例尺為1：10000的影像圖來(lái)說(shuō)，影像上1mm代表地面10m，這說(shuō)明糾正后控制點(diǎn)誤差在正射影像上不到1mm。加密后，連接點(diǎn)影像坐標(biāo)x誤差最大為0.0152pixel，y坐標(biāo)誤差最大為0.0144pixel，加密精度較高。 第六、根據(jù)制圖過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，提出了從區(qū)劃的原始航片上，可以通過(guò)三種途徑制作林相圖的方法。 第七、通過(guò)AutoCAD二次開(kāi)發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)林相圖

9、中小班、林班的多個(gè)因子同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注功能，大大的提高了傳統(tǒng)林相圖的制作效率。 第八、比較了三種地形條件下糾正航片與未糾正航片在面積測(cè)量上的差異。結(jié)果表明：平地上誤差最小為1.2％，中低山地區(qū)誤差為3.3％，高山地區(qū)誤差較大為11.5％。說(shuō)明在山地，利用未糾正航片進(jìn)行測(cè)量面積誤差較大，不容忽視。并對(duì)帽兒山林場(chǎng)2004年的森林調(diào)查結(jié)果進(jìn)行了準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。 第九、首次提出了利用無(wú)監(jiān)督分類和重編碼方法在航片上提取林分郁閉度，獲得了

10、較好的結(jié)果，2號(hào)樣地與實(shí)測(cè)樣地一致，3號(hào)樣地郁閉度相差僅為0.1。 第十、首次提出利用DSM減去DEM生成的DVHM模型對(duì)林分(小班)進(jìn)行平均高測(cè)量。DVHM能夠總體上反映帽兒山林場(chǎng)植被高度的分布狀況，在一定層度上反映林分齡級(jí)分布。借助DVHM模型，測(cè)量了尖砬溝施業(yè)區(qū)各小班的平均高。 最后，首次提出利用計(jì)算的外方位元素值，根據(jù)光束法空中三角測(cè)量原理計(jì)算出樹(shù)冠和樹(shù)根部高程，然后根據(jù)樹(shù)冠和樹(shù)根的高差測(cè)量樹(shù)高。本文對(duì)樹(shù)高測(cè)量進(jìn)