航空森林清查系统技术方案

本发明专利技术的名称为航空森林清查系统。用于生成关于森林(204)的信息的方法和设备。鉴别森林(204)中许多位置(236)，在该许多位置(236)上方，无人飞行器(230)中的电磁能传感器系统(331)通过生成符合点云阈值(243)的清晰度(239)的点(234)，生成关于森林(204)的信息。为无人飞行器(230)生成路线(232)，从而移动到许多位置(236)并在该许多位置(236)中生成关于森林(204)的信息。

【技术实现步骤摘要】
航空森林清查系统
本公开一般涉及航空勘测，并且具体地涉及森林的航空勘测。仍更具体地，本公开涉及用于通过航空勘测执行森林清查(inventory)的方法和设备。
技术介绍
森林管理是包括许多不同方面的森林学的分支。这些方面可以包括管理森林的环境的、经济的、行政的、法律的和社会的方面。森林管理可以由各种技术例如木材采集、植树、重植树(replantingtree)、割出通过森林的道路和路径、防止森林火灾、维持森林健康和其他合适活动构成。当针对森林管理执行这些和其他操作时，可期望收集关于森林的信息。例如，收集关于森林的信息提供分析森林状态以及鉴别可以执行的任务的能力。这些任务可以包括例如重植树、收割树、使森林稀疏从而改善生长、施加肥料、执行害虫灭除、生成潜在火情的警告、发动火灾风险减小活动、移除死木、减少森林地被物(forestfloorundergrowth)、执行木材改善活动和其他合适操作中的至少一个。在获得关于森林的信息时，航空勘测可以作为森林清查任务的部分执行从而鉴别关于森林的信息。森林清查任务可以是经配置鉴别关于森林的信息以便评估或分析的任务。该信息可以用来鉴别树种类、树高、树龄、树健康、森林边界和关于森林中树木的其他合适信息。例如，每英亩树木数可以通过森林清查任务鉴别。另外，森林清查任务也可以用来鉴别关于森林内植被、野生生物或植被和野生生物二者的其它信息。森林清查任务也可以示出死亡或腐烂树木的存在。在此情况下，关于死亡或腐烂树木的信息可以指示害虫问题。此外，森林清查任务可以经配置鉴别森林边界。航空勘测可以使用有人飞行器或无人飞行器中的至少一种执行。作为例子，无人飞行器可以在森林上方飞行从而为森林清查任务生成关于森林的信息。无人飞行器可以包括光检测与测距(LiDAR)系统和相机系统。光检测与测距系统可以用来以激光束的形式向森林发送光。当前，飞行器由飞行员沿使得飞行器经过森林中不同位置的路线飞行。选择这些位置以使飞行器可以生成关于森林的全部或部分的信息。飞行器使用光检测与测距系统利用激光束扫描位置。光检测与测距系统通过测量光返回光检测与测距系统花费的时间，测量到森林中的点的距离。光检测与测距系统可以从这些测量生成关于森林中位置的信息。对由光检测与测距系统检测的激光束的响应用来为森林生成点云(pointcloud)。该点云可以用来生成信息，例如冠层高度、树冠体积估计、树密度和其他重要信息。在执行这些类型的航空勘测时，成本是可以影响航空勘测何时和多久一次执行的一个因素。发送一个或更多飞行器从而为森林中不同位置生成点云的成本经常是显著的。为使得航空勘测的执行更经济，每当执行航空勘测时勘测大的面积。例如，当执行航空勘测时勘测约50,000或更多英亩从而为执行航空勘测减小每英亩的成本。进一步地，航空勘测通常在高于地形的一些安全高度并在可以存在障碍物和云的周围执行。当障碍物存在时，无人飞行器可能需要在森林上方更高飞行。由于无人飞行器在受勘测区域上方的高度增加，因此由航空勘测生成的点云的密度可能减小。结果当执行航空勘测时，源自可以为森林搜集的信息的点云的清晰度水平可能不如期望的高。进一步地，在这些较高高度，云层可以阻隔用来执行航空清查的激光。例如，云可以导致激光反射、折射或以其他方式引导远离待勘测的森林。当激光被反射或折射时，因为由光检测与测距系统检测到的响应可能是源自云而不是森林的响应，所以该响应可能是不准确的。结果，当执行航空勘测时，在森林的点云中的信息可能具有其中位置被云覆盖的间隙(gap)。另外，由于实行森林清查任务的成本，因此经常仅在时间上以不规则间隔勘测森林是经济的。因此，在森林勘测之间经过长时期。例如由于人员限制、器材限制和航空勘测成本，因此森林可以仅在长时期例如四年之后勘测。因为云层所以在一次勘测期间错过的位置可能不在另一个四年重勘测。结果在对森林中具体位置的信息收集之间可能存在八年间隙。当前，可减少由航空勘测生成的信息中的间隙的一个方式是通过仔细规划航空勘测。例如，通常仅在森林上方云层不存在或低于某个百分比时执行航空勘测。结果，选择云层不存在或充分低的时间从而获得期望量的信息可减少因为云层存在导致的所生成信息中的间隙的问题。如果天气状况导致云层改变从而具有覆盖多于期望的森林的云，则航空勘测可被重新安排到遮蔽森林的云层中的云在足够薄水平的另一时间，从而生成具有期望质量水平的信息。尽管将航空勘测重新安排到云层充分低的时间可以允许搜集关于森林的期望量的信息，但航空勘测的重新安排可比期望的成本更高。重新安排航空勘测时常可增加执行航空勘测的成本。此外，使用光检测与测距系统执行勘测的飞行器操作员基于年中季节可具有不同的需求量。例如，与冬季月份相比，在云层较不常见的夏季月份中可存在更高的需求。使用具有光检测与测距系统的飞行器的航空勘测的需求上的这些高峰和低谷可在其中云层更频繁的区域中增加这样服务的平均价格。另外，使用具有光检测与测距系统的飞行器执行航空勘测的成本可以在不同地理区域上改变。例如，在西雅图执行森林航空勘测的成本可比在德克萨斯执行相似森林勘测的成本更昂贵。在西雅图的云层量可导致使用具有光检测与测距系统的飞行器执行航空勘测在需求上的更大季节性尖峰和低谷。另一解决方案涉及在云层中的云下面飞行的无人飞行器。在这些较低高度飞行可导致无人飞行器遭遇可对飞行器危险的更多天气状况并减小传感器的视场。进一步地，无人飞行器可以遭遇增加的障碍物例如电力线、岩石露头(rockoutcroppings)、基地台(celltower)和在低于云层的较低高度飞行时的其他类型障碍物。此外在居住区中，低飞无人飞行器可能增加受勘测区域中的个人隐私关注。与将无人飞行器在较高高度飞行相比，将无人飞行器在较低高度飞行也可以导致减小的扫描表面积。例如对于每10％的海拔降低，完成航空勘测所需要的时间量增加约10％。尽管点云的清晰度可随着较低高度而提高，但针对时间的效率降低。换句话说，在较低高度飞行可以导致需要更多的时间生成点云。该另外时间可增加航空勘测的成本，如果不期望点云中的另外清晰度，则该成本是不当的费用增加。在一些情况下，当在较低海拔执行航空勘测时，多架无人飞行器可以用来执行航空勘测。另外的无人飞行器可以用来覆盖森林的全部，并保持航空勘测在有限时间段内执行。较长时间段可导致可减小航空勘测覆盖度的云层发生。另外，在较低海拔飞行可以导致结冰状况和湍流的风险增大。由于这些状况，航空勘测可以执行的时间可以变得更受限制。例如，即使云可以不存在，但在较低海拔的这些状况也可阻止航空勘测的执行。因此，与在云上较高海拔执行的航空勘测相比，在较低海拔执行的航空勘测可比期望更高成本地结束。因此，期望具有考虑上面提到的问题中的至少一些以及其他可能问题的方法和设备。
技术实现思路
在一个说明性实施方式中，设备包括无人飞行器、电磁能传感器系统和勘测控制器。电磁能传感器系统与无人飞行器相关联。其中电磁能传感器系统经配置生成关于森林的信息。勘测控制器经配置为：鉴别森林上方的许多位置，在该许多位置中电磁能传感器系统生成的关于森林的信息的信息水平受云层的影响被减小，为无人飞行器生成路线从而移动到许多位置，以及随着云层上的改变在森林上方发生而连续地生成路线；其中该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：无人飞行器(230)；与所述无人飞行器(230)关联的电磁能传感器系统(311)，其中所述电磁能传感器系统(311)经配置生成关于森林(204)的信息(202)；以及勘测控制器(212)，其被配置为：鉴别所述森林(204)上方的许多位置(236)，在所述许多位置(236)中所述电磁能传感器系统(311)生成的关于所述森林(204)的信息的信息水平(238)受云层(226)的影响被减小，为所述无人飞行器生成路线从而移动到所述许多位置，以及随着云层上的改变在所述森林上方发生而连续地生成所述路线；其中所述路线基于许多云的当前位置和所述许多云的移动的预测，并且路线取决于其中云层(226)允许由所述无人机飞行器(230)从信息(202)生成的点云的清晰度大于点云阈值的许多位置(236)而是动态的。

【技术特征摘要】
2012.12.12 US 13/712,1651.一种设备，其包括：无人飞行器(230)；与所述无人飞行器(230)关联的电磁能传感器系统(311)，其中所述电磁能传感器系统(311)经配置生成关于森林(204)的信息(202)；以及勘测控制器(212)，其被配置为：鉴别所述森林(204)上方的许多位置(236)，在所述许多位置(236)中所述电磁能传感器系统(311)生成的关于所述森林(204)的信息的信息水平(238)受云层(226)的影响被减小，为所述无人飞行器生成路线从而移动到所述许多位置，以及随着云层上的改变在所述森林上方发生而连续地生成所述路线；其中所述路线基于许多云的当前位置和所述许多云的移动的预测，并且路线取决于其中云层(226)允许由所述无人机飞行器(230)从信息(202)生成的点云的清晰度大于点云阈值的许多位置(236)而是动态的。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述勘测控制器(212)经配置使用所述路线(232)控制所述无人飞行器(230)在所述许多位置(236)上方的移动，并控制在所述许多位置(236)中生成关于所述森林(204)的信息。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述勘测控制器(212)经配置基于在所述森林(204)上方云层(226)的改变来鉴别所述许多位置(236)的改变。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述勘测控制器(212)经配置使用关于所述森林(204)上方的云(228)的云信息(240)鉴别所述许多位置(236)。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述云信息(240)由选自卫星(126)、全天空成像器、在所述无人飞行器(230)上的相机系统、在航空器上的相机系统和雷达系统中的至少一个的传感器系统(242)生成。6.根据权利要求3所述的设备，其中所述路线(232)是三维路线(232)，并且所述路线(232)在三维中改变，从而减小所述云层(226)对由所述电磁能传感器系统(311)生成的信息的信息水平(238)的影响。7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：与所述无人飞行器(230)关联的传感器系统(242)，其中所述电磁能传感器系统(311)是所述传感器系统(242)的部分，并且其中所述传感器系统(242)进一步包括相机系统和全球定位系统接收器。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述电磁能传感器系统(311)选自光子传感器、立体相机、光检测与测距系统、无线电检测与测距系统、射频传感器系统、和电-光传感器系统(311)中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·L·维安，J·匹仔布劳克，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US