基于无人机的林地面积测量及应用研究

摘要

森林资源监测，造林、营林都是林业工作的重要内容，林木采伐地块、造林地块以及林地征占用地块进行检查与核查，是森林资源保护的重要措施，而这些特定地块面积的快速获取是检查与核查的重要环节。本文针对常规测量方法速度慢、效率低，传统无人机航测设备要求高、数据量大、费时等问题，为快速便捷地获取特定地块的实际面积，解决特定林地面积快速获取难题，实现对特定地块的高效检查与核查，提出一种基于无人机单视场全景图像的地块面积量测方法。　　1、提出相机标定改进方法，实现相机标定与图像畸变校正。基于张正友相机标定法进行了改进，通过获取相机参数得到焦距与像元尺寸，并将其作为已知参数，建立线性的成像模型，计算相机的内、外参矩阵；引入二阶的径向畸变与切向畸变，建立非线性的成像模型，迭代优化参数，求得最优解。　　2、研究了基于全景图像提取特定区域并统计其像素数量的方法。对校正后的无人机全景图像进行区域提取，运用Canny边缘检测算子与形态学图像处理相结合的方法，剔除干扰区域得到清晰完整的区域形状二值图，统计得到区域内像素数量。基于相机内外参数研究了图像地面分辨率与像元尺寸存在的比例关系，从而根据已知的航高、像元尺寸与焦距计算出图像的分辨率，实现照片在地图上的定位。　　3、利用无人机拍摄的单张全景图像对地块面积进行了计算，通过分析面积测量的结果发现了面积计算误差与航高间的变化规律。　　实验结果表明，提出的方法计算精度随着无人机飞行高度的增加，存在先逐渐提升，到达一个峰值后逐渐下降的关系，且在有效飞行高度内的相对误差都在10%以下，对要求操作简便快速、精度不是很高的山地作业有实际意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景、目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 无人机遥感在林业中的应用研究现状

1.2.2 相机标定研究现状

1.2.3 图像区域提取研究现状

1.3.1 研究主要内容

1.3.2 研究方法

1.4 论文组织结构

2.1 CMOS相机概述

2.2.1 线性成像模型

2.2.2 非线性成像模型

2.3 改进的相机标定方案

2.3.1 线性模型求解单应性矩阵

2.3.2 分解单应性矩阵

2.3.3 非线性模型求解即畸变参数

2.3.4 削弱粗差求最优解

2.4 相机标定实现与图像畸变校正

2.5 本章小结

3.1.1 canny算子提取原理

3.1.2 形态学处理方法

3.1.3 区域提取结果

3.2 图像在地图上的定位

3.3 本章小结

4 地块面积测量与结果分析

4.1 地块面积测量

4.2 测算精度对比

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

成果

致谢