一种森林资源清查自动测报系统及方法

摘要

本发明公开了一种森林资源清查自动测报系统及方法，森林资源清查自动测报系统采用环境因子采集装置、智能测量装置、数据处理与传输装置和控制器，控制器用于下达测量指令，控制环境因子采集装置采集气象因子和土壤温度湿度数据；控制智能测量装置测量树木胸径和蓄积；控制数据处理与传输装置对环境因子采集装置采集到的气象因子和土壤温度湿度数据和智能测量装置测量到的树木胸径和蓄积进行处理，将监测数据上传至数据中心。本发明提供的森林资源清查自动测报系统及方法，获取数据方便，能动态地反映森林资源状况；清查周期短，能即时获取数据；自动化程度高、数据采集精确度高；节省人力和物力、大大节约成本。

说明书

技术领域

本发明涉及森林资源调查技术领域，尤其公开了一种森林资源清查自动测报系统及方法。

背景技术

从1973年开始，我国为了掌握全国和各省森林资源与生态状况，制定和调整林业方针政策、规划和计划，监督检查各地森林资源消长任期目标责任制，国家林业主管部门每5年组织开展一次森林资源清查。森林资源连续清查即定期对同一对象重复进行可对比的森林调查，通常以数理统计连续抽样技术和固定样地为基础进行，调查的样地40余万个。目前的森林资源清查工作存在明显不足：1.间隔期太长，不能动态反映森林资源状况，与“保护和发展森林资源目标责任”、“林长制”和“森林资源资产负债表”等制度的推行不能很好地契合；2.清查周期与国民经济发展“五年规划”步调不一；3.外业调查是采用技术人员现场核实调查，数据精度与调查人员的素质和水平密切相关，客观性差；4.每次清查需投入庞大的人力和物力。

鉴于以上情况，时代的发展迫切需要一种客观、公正、即时的反映一定区域内森林资源动态的监测系统或方法。

发明内容

本发明提供了一种森林资源清查自动测报系统及方法，旨在解决目前的森林资源清查工作存在明显不足的技术问题。

本发明的一方面涉及一种森林资源清查自动测报系统，包括环境因子采集装置、智能测量装置、数据处理与传输装置和控制器，其中，

控制器分别与环境因子采集装置、智能测量装置和数据处理与传输装置相连接，用于下达测量指令，控制环境因子采集装置采集气象因子和土壤温度湿度数据；控制智能测量装置测量树木胸径和蓄积；控制数据处理与传输装置对环境因子采集装置采集到的气象因子和土壤温度湿度数据和智能测量装置测量到的树木胸径和蓄积进行处理，将监测数据上传至数据中心。

进一步地，环境因子采集装置包括风速传感单元、风向传感单元、降水传感单元、气温传感单元、湿度传感单元、土壤温度传感单元和土壤湿度传感单元，

风速传感单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下采集风速数据；

风向传感单元，用于与控制器电连接，用于在控制器的控制下，采集风向数据；

降水传感单元，与控制器电连接，用于在控制器的控制下，采集降水数据；

气温传感单元，与控制器电连接，用于在控制器的控制下，采集空气温度；

湿度传感单元，与控制器电连接，用于在控制器的控制下，采集空气湿度；

土壤温度传感单元，与控制器电连接，用于在控制器的控制下采集土壤温度；

土壤湿度传感单元，与控制器电连接，用于在控制器的控制下采集土壤湿度。

进一步地，智能测量装置包括激光测距单元、胸径测量单元、动物侦测单元、图像拍摄单元、烟火检测单元和林火报警单元，

激光测距单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，测量仪器与树木之间的距离，根据预设的样地大小确定待测量树木的半径长度；

胸径测量单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，根据激光测距单元确定的待测量树木的半径长度，测量样地半径长度以内的待测量树木的胸径；

动物侦测单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，侦测动物活动；

图像拍摄单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，拍摄森林资源信息；

烟火检测单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，检测火情；

林火报警单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，根据烟火检测单元检测到的火情，进行声光报警。

进一步地，数据处理与传输装置包括防火墙单元、数据传输单元、无线通信单元、北斗定位单元、数据存储单元、数据处理单元和电源逆变单元，

防火墙单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，预防黑客攻击，保障数据安全；

数据传输单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，传输环境因子采集装置采集到的气象因子和土壤温度湿度数据、以及智能测量装置测量到的树木胸径和蓄积；

无线通信单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，将监测数据上传至省级数据中心和/或国家数据中心；

北斗定位单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，用于采集定位数据；

数据存储单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，用于存储环境因子采集装置采集到的气象因子和土壤温度湿度数据、以及智能测量装置测量到的树木胸径和蓄积；

数据处理单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，用于处理环境因子采集装置采集到的气象因子和土壤温度湿度数据、以及智能测量装置测量到的树木胸径和蓄积；

电源逆变单元与控制器电连接，用于在控制器的控制下，对电源进行逆变，以供给森林资源清查自动测报系统。

进一步地，森林资源清查自动测报系统采用太阳能电源，太阳能电源包括太阳能发电板和蓄电池，太阳能发电板与蓄电池电连接，用于为蓄电池供电。

进一步地，森林资源清查自动测报系统还包括避雷针和设备支架，避雷针和太阳能发电板安装于设备支架上。

进一步地，森林资源清查自动测报系统还包括红外相机，红外相机与控制器电连接，用于在控制器的控制下，对发热体进行侦测和拍摄。

进一步地，激光测距单元、胸径测量单元集成于智能测量装置上且智能测量装置可围绕设备支架的圆轴360度水平旋转。

本发明的另一方面涉及一种森林资源清查自动测报方法，应用于如利要求上的森林资源清查自动测报系统的智能测量装置中，森林资源清查自动测报方法包括以下步骤：

获取智能测量装置与树木之间的中心距离L；

获取智能测量装置与树木树干边缘之间的角度αc；

根据获取的智能测量装置与树木之间的中心距离L和智能测量装置与树木树干边缘之间的角度α，计算出树木半径r。

进一步地，树木半径r通过以下公式计算出：

r＝sinα/(1-sinα).L

其中，r表示树木半径；L表示智能测量装置与树木之间的中心距离；α表示智能测量装置与树木树干边缘之间的角度。

本发明所取得的有益效果为：

本发明提供的森林资源清查自动测报系统及方法，森林资源清查自动测报系统采用环境因子采集装置、智能测量装置、数据处理与传输装置和控制器，控制器用于下达测量指令，控制环境因子采集装置采集气象因子和土壤温度湿度数据；控制智能测量装置测量树木胸径和蓄积；控制数据处理与传输装置对环境因子采集装置采集到的气象因子和土壤温度湿度数据和智能测量装置测量到的树木胸径和蓄积进行处理，将监测数据上传至数据中心。本发明提供的森林资源清查自动测报系统及方法，获取数据方便，能动态地反映森林资源状况；清查周期短，能即时获取数据；自动化程度高、数据采集精确度高；节省人力和物力、大大节约成本。

附图说明

图1为本发明提供的森林资源清查自动测报系统一实施例的功能框图；

图2为图1中所示的环境因子采集装置一实施例的功能模块示意图；

图3为图1中所示的智能测量装置一实施例的功能模块示意图；

图4为图1中所示的数据处理与传输装置一实施例的功能模块示意图；

图5为本发明提供的森林资源清查自动测报系统一实施例的结构示意图；

图6为本发明提供的森林资源清查自动测报方法一实施例的流程示意图；

图7为本发明提供的森林资源清查自动测报方法一实施例中用三角函数原理测定树木直径的原理示意图。

附图标号说明：

10、环境因子采集装置；20、智能测量装置；30、数据处理与传输装置；40、控制器；11、风速传感单元；12、风向传感单元；13、降水传感单元；14、气温传感单元；15、湿度传感单元；16、土壤温度传感单元；17、土壤湿度传感单元；21、激光测距单元；22、胸径测量单元；23、动物侦测单元；24、图像拍摄单元；25、烟火检测单元；26、林火报警单元；31、防火墙单元；32、数据传输单元；33、无线通信单元；34、北斗定位单元；35、数据存储单元；36、数据处理单元；37、电源逆变单元；51、太阳能发电板；52、蓄电池；60、避雷针；70、设备支架。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

如图1所示，本发明第一实施例提出一种森林资源清查自动测报系统，包括环境因子采集装置10、智能测量装置20、数据处理与传输装置30、和控制器40，其中，控制器40分别与环境因子采集装置10、智能测量装置20和数据处理与传输装置30相连接，用于下达测量指令，控制环境因子采集装置10采集气象因子和土壤温度湿度数据；控制智能测量装置20测量树木胸径和蓄积；控制数据处理与传输装置30对环境因子采集装置10采集到的气象因子和土壤温度湿度数据和智能测量装置20测量到的树木胸径和蓄积进行处理，将监测数据上传至数据中心。在本实施例中，数据中心可以是省级数据中心，也可以是国家数据中心，均在本专利的保护范围之内。本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，采用数理统计连续抽样技术，以圆形固定样地为前提，在样地中心位置安装森林资源清查自动测报系统，该自动测报系统按程序事先设定或数据中心临时下达的指令自动测量树木胸径、株数和环境因子等，数据处理系统对设备所测数据进行处理，并将成果监测数据上传至省级数据中心和国家数据中心。

在上述结构中，请见图2，图2为图1中所示的环境因子采集装置一实施例的功能模块示意图，在本实施例中，环境因子采集装置10包括风速传感单元11、风向传感单元12、降水传感单元13、气温传感单元14、湿度传感单元15、土壤温度传感单元16和土壤湿度传感单元17，其中，风速传感单元11与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下采集风速数据；风向传感单元12，用于与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，采集风向数据；降水传感单元13，与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，采集降水数据；气温传感单元14，与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，采集空气温度；湿度传感单元15，与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，采集空气湿度；土壤温度传感单元16，与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下采集土壤温度；土壤湿度传感单元17，与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下采集土壤湿度。本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，通过环境因子采集装置10自动采集气象因子和土壤温度湿度数据，获取数据方便，能动态地反映森林资源状况；清查周期短，能即时获取数据；自动化程度高、数据采集精确度高；节省人力和物力、大大节约成本。

进一步地，参见图3，图3为图1中所示的智能测量装置一实施例的功能模块示意图，在本实施例中，智能测量装置20包括激光测距单元21、胸径测量单元22、动物侦测单元23、图像拍摄单元24、烟火检测单元25和林火报警单元26，其中，激光测距单元21与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，测量仪器与树木之间的距离，根据预设的样地大小确定待测量树木的半径长度；胸径测量单元22与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，根据激光测距单元21确定的待测量树木的半径长度，测量样地半径长度以内的待测量树木的胸径；动物侦测单元23与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，侦测动物活动；图像拍摄单元24与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，拍摄森林资源信息；烟火检测单元25与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，检测火情；林火报警单元26与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，根据烟火检测单元25检测到的火情，进行声光报警。智能测量装置20的镜头中心点距离地平面1.3米。本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，通过智能测量装置20自动测量树木胸径和蓄积，获取数据方便，能动态地反映森林资源状况；清查周期短，能即时获取数据；自动化程度高、数据采集精确度高；节省人力和物力、大大节约成本。

优选地，请见图4，图4为图1中所示的数据处理与传输装置一实施例的功能模块示意图，在本实施例中，数据处理与传输装置30包括防火墙单元31、数据传输单元32、无线通信单元33、北斗定位单元34、数据存储单元35、数据处理单元36和电源逆变单元37，其中，防火墙单元31与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，预防黑客攻击，保障数据安全；数据传输单元32与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，传输环境因子采集装置10采集到的气象因子和土壤温度湿度数据、以及智能测量装置20测量到的树木胸径和蓄积；无线通信单元33与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，将监测数据上传至省级数据中心和/或国家数据中心；北斗定位单元34与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，用于采集定位数据；数据存储单元35与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，用于存储环境因子采集装置10采集到的气象因子和土壤温度湿度数据、以及智能测量装置20测量到的树木胸径和蓄积；数据处理单元36与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，用于处理环境因子采集装置10采集到的气象因子和土壤温度湿度数据、以及智能测量装置20测量到的树木胸径和蓄积；电源逆变单元37与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，对电源进行逆变，以供给森林资源清查自动测报系统。本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，通过数据处理与传输装置30对环境因子采集装置采集到的气象因子和土壤温度湿度数据和智能测量装置测量到的树木胸径和蓄积进行处理，将监测数据上传至数据中心，获取数据方便，能动态地反映森林资源状况；清查周期短，能即时获取数据；自动化程度高、数据采集精确度高；节省人力和物力、大大节约成本。

请见图1至图5，本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，森林资源清查自动测报系统采用太阳能电源，太阳能电源包括太阳能发电板51和蓄电池52，太阳能发电板51与蓄电池52电连接，用于为蓄电池52供电。森林资源清查自动测报系统还包括避雷针60和设备支架70，避雷针60和太阳能发电板51安装于设备支架70上。森林资源清查自动测报系统还包括红外相机，红外相机与控制器40电连接，用于在控制器40的控制下，对发热体进行侦测和拍摄。在本实施例中，激光测距单元21、胸径测量单元22集成于智能测量装置20上且智能测量装置20可围绕设备支架70的圆轴360度水平旋转。在本实施例中，激光测距单元21、胸径测量单元22和红外相机集成于智能测量装置20中，智能测量装置20中间具圆孔，可围绕设备支架70的圆轴360度水平旋转。风速传感单元11、风向传感单元12、降水传感单元13和避雷针60位于设备支架70顶端。太阳能发电板51安装于设备支架70上。蓄电池52安装于地表以下，防止暴晒和冰冻。数据处理与传输装置30集成于设备箱内，设备箱安装于设备支架70下侧。北斗定位单元34通过北斗卫星确定出当地的坐标位置。数据处理与传输装置30是基于当地可实现的通信网络，包括但不限于无线4G/5G、光纤、网桥或卫星通讯网络。本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，通过红外相机对发热体进行侦测和拍摄，获取数据方便，能动态地反映森林资源状况；清查周期短，能即时获取数据；自动化程度高、数据采集精确度高；节省人力和物力、大大节约成本。

如图1至图5所示，本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，其工作原理为：

在控制器40中预设测量时间点或临时下达测量指令，将森林资源清查自动测报系统唤醒，360度水平旋转测量。激光测距单元21先测量智能测量装置20与树木之间的距离，根据预设的样地大小确定测量的半径长度，凡半径以内的树木，胸径测量单元22才测量其胸径。智能测量装置20沿一个方向水平旋转360度，对样地内的树木逐一测量其胸径，森林资源清查自动测报系统根据内置程序计算出蓄积，将测量数据通过网络传输到省级数据中心；风速、风向和降水等气象因子以及土壤温度湿度数据每天采集并存贮，按林资源清查自动测报系统设定的时间节点或临时指令传输到省级数据中心；红外相机自动监测到动物和火情，即时自动上传至省级数据中心。

本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，与现有技术相比，森林资源清查自动测报系统采用环境因子采集装置、智能测量装置、数据处理与传输装置和控制器，控制器用于下达测量指令，控制环境因子采集装置采集气象因子和土壤温度湿度数据；控制智能测量装置测量树木胸径和蓄积；控制数据处理与传输装置对环境因子采集装置采集到的气象因子和土壤温度湿度数据和智能测量装置测量到的树木胸径和蓄积进行处理，将监测数据上传至数据中心。本实施例提供的森林资源清查自动测报系统，获取数据方便，能动态地反映森林资源状况；清查周期短，能即时获取数据；自动化程度高、数据采集精确度高；节省人力和物力、大大节约成本。

请见图6，图6为本发明提供的森林资源清查自动测报方法一实施例的流程示意图，在本实施例中，该森林资源清查自动测报方法应用于上述的森林资源清查自动测报系统的智能测量装置中，包括以下步骤：

步骤S100、获取智能测量装置与树木之间的中心距离L。

通过激光测距单元来测量智能测量装置与树木之间的中心距离L。

步骤S200、获取智能测量装置与树木树干边缘之间的角度α。

通过角度测量单元来测量智能测量装置与树木树干边缘之间的角度α。

步骤S300、根据获取的智能测量装置与树木之间的中心距离L和智能测量装置与树木树干边缘之间的角度αα，计算出树木半径r。

根据激光测距单元测量出来的智能测量装置与树木之间的中心距离L、以及角度测量单元测量出的智能测量装置与树木树干边缘之间的角度α，相应计算出森林资源树中每一株林木的林木半径r。

如图7所示，图7为本发明提供的森林资源清查自动测报方法一实施例中用三角函数原理测定树木直径的原理示意图，在本实施例中，用三角函数原理测定树木直径，智能测量装置可测定的数据：(1)∠DA0＝α；(2)仪器与树木的距离AC＝L。

AE与圆相切于D点，O是圆心，OD垂直AE于D点。

设树木半径为r，则r＝OC＝OD＝OB。

公式推导如下所示：

Sinα＝OD/OA

＝OD/(AC+OC)

＝r/(L+r) (1)

在公式(1)中，r表示树木半径；L表示智能测量装置与树木之间的中心距离；α表示智能测量装置与树木树干边缘之间的角度。

进一步地，将公式(1)进行变形，则树木半径r通过以下公式计算出：

r＝sinα/(1-sinα).L (2)

在公式(2)中，r表示树木半径；L表示智能测量装置与树木之间的中心距离；α表示智能测量装置与树木树干边缘之间的角度。

本实施例提供的森林资源清查自动测报方法，与现有技术相比，通过智能测量装置来自动测量树木胸径。本实施例提供的森林资源清查自动测报方法，获取数据方便，能动态地反映森林资源状况；清查周期短，能即时获取数据；自动化程度高、数据采集精确度高；节省人力和物力、大大节约成本。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。