[发明专利]一种基于无人机的树径测量装置及树径测算方法

摘要

本发明公开了一种基于无人机的树径测量装置及树径测算方法，测量装置包括无人机、遥控器和电脑，三者数据传输方式为无线通讯；无人机上配备GPS、IMU、超声波传感器、相机、微型控制器和激光雷达；树径测算方法包括：在每棵树上固定带有编号的金属吊牌；设定无人机自动飞行路径进行吊牌扫描和树径检测；投影扫描的点云数据，得到二维平面离散点图；使用基于密度的聚类方法识别树干离散点；对离散点进行圆形拟合得到树径后和吊牌编号一同录入数据库。该树径测量装置和测算方法能够以非接触式的方式快速准确的测量树径，根据吊牌编号建立树木资源数据库，便于未来树木资源测量和数据比对，测量流程简单、操作便捷，极大的提高了工作效率。

主权项

1.一种基于无人机的树径测量装置及树径测算方法，其特征在于，测量装置包括无人机、遥控装置和电脑；其中，无人机上装备有GPS定位装置用于无人机定位，IMU惯性测量单元用于无人机飞行姿态检测，超声波传感器用于无人机避障和飞行高度测量，微型控制器用于无人机飞行状态控制，相机用于金属标签编号识别，小型激光雷达用于激光扫描；无人机、遥控装置和电脑三者之间的通讯方式为无线通讯模式，遥控装置远程控制无人机在森林中的飞行路径，无人机以无线方式将飞行定位、路径信息、标签信息和激光雷达扫描数据传输至电脑端进行树径计算并录入数据库；树径测算方法如下：步骤一、在待测量树林中每棵树1.3m正东方向朝向处固定一块刻有不同编号信息的铝制金属吊牌；步骤二、使用遥控装置控制无人机缓慢起飞，飞行位置位于树木枝叶下端，设定无人机自动飞行路径为多个“几”字相连的梳状路径，飞行途中使用超声波传感器检测障碍物距离并进行自主避障，保持激光雷达离地距离1.3m，相机检测到金属标签时，无人机短暂停留1～2秒，持续传输激光雷达扫描的点云数据和金属吊牌信息到电脑端进行树径计算并建立数据库；步骤三、无人机在停留检测时飞行高度存在上下波动，因此选择高度值1.30～1.4m处树木主干直径作为树径测量的标准，将无人机在离地1.3～1.4m高度处扫描的点云数据点投影到同一个坐标系平面得到二维平面离散点图；步骤四、在二维平面离散点图中，树径轮廓是以连续点环绕而成的类圆形或类圆弧图案，使用基于密度的空间聚类方法将具有足够密度的区域划分为离散点集合以识别单个树干；步骤五、假设树木的横截面为圆形，在每个由离散点组成的集合中，对二维离散坐标点进行圆形拟合，定义支持率S为所有离散点到拟合圆最小距离dmin小于阈值б时的比例，优化拟合圆直径以满足支持率S得到树干直径，将树干直径和吊牌编号一同录入数据库。