一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，涉及森林树高以及生物量监测领域。本实用新型专利技术通过使用搭载激光雷达扫描设备的无人机组成的无人机数据采集系统，将采集到的点云数据和影像数据传输至地面中心，在地面中心快速生成高精度DEM成果、高精度DOM成果，森林区域三维模型，森林树高提取结果，供进一步做森林生物量反演和监测评估，显著提高了区域森林树高和生物量估算的精度，并突破了时间、空间以及气象条件的限制。

A Forest Tree Height Monitoring System for UAV Based on LiDAR Technology

The utility model discloses an unmanned aerial vehicle forest tree height monitoring system based on LiDAR technology, which relates to the field of forest tree height and biomass monitoring. By using UAV data acquisition system composed of UAV equipped with lidar scanner, the data and image collected are transmitted to the ground center, and high-precision DEM and DOM results, three-dimensional model of forest area and tree height extraction results are quickly generated in the ground center for further forest biomass inversion and monitoring and evaluation. The accuracy of estimating forest height and biomass in the region has been significantly improved, and the limitations of time, space and meteorological conditions have been overcome.

【技术实现步骤摘要】
一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统
本技术涉及森林树高监测
，尤其涉及基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统。
技术介绍
森林是一种可再生可持续发展的重要资源，全球气候变化、水土保持、陆地生态系统中的碳循环等方面具有重要的作用。作为陆地生态系统的主体，森林的生物量占陆地植被总生物量的85％-90％。传统的采用遥感影像估测森林生物量的方法主要是：1)利用星载的遥感影像(光学、激光雷达、合成空间雷达)提取与森林相关的植被指数或波段之间的比值作为因变量，将样地实测数据(树高或者生物量)作为自变量，建立生物量回归模型，从而估测森林生物量；2)利用机载的遥感影像(光学、激光雷达、合成空间雷达)提取与森林相关的植被指数或波段之间的比值作为因变量，将样地实测数据(树高或者生物量)作为自变量，建立生物量回归模型，从而估测森林生物量。其中以上森林生物量估算尤其以机载激光雷达方法精度最高。卫星遥感由于其信息获取受重访周期的制约，而且受限于云层对卫星光学和红外通道探测的影响，特别是在南方地区受天气的影响更大。机载航空遥感虽然不受重访周期的影响，但它的投入较大、天气、场地和人员等条件的要求相对较高，成本也相对较高。以卫星遥感和载人航空遥感为主的监测手段，往往暴露出数据获取能力不足、更新周期长导致数据现势性差等局限。此外，卫星遥感影像的光谱分辨率较高、而空间分辨率较低，往往难以满足应用对图像空间分辨率的要求。随着无人机遥感技术的快速发展，可以获取星载和机载遥感无法比拟的更加精细的遥感数据(光学、激光雷达、合成空间雷达)，这也使得森林生物量遥感高精度估算成为可能。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，从而有效解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，包括无人机数据采集系统、地面中心，所述无人机数据采集系统与所述地面中心通信连接；所述无人机数据采集系统包括无人机以及安装在所述无人机上的激光雷达扫描设备，所述地面中心包括数据采集传输装置、无人机控制装置和指挥中心，所述无人机控制装置与所述无人机通信连接，所述数据采集传输装置分别与所述激光雷达扫描设备和所述指挥中心通信连接。优选地，所述无人机数据采集系统还包括安装在所述无人机上的卫星导航定位设备，所述卫星导航定位设备与所述数据采集传输装置通信连接。优选地，所述无人机数据采集系统还包括安装在所述无人机上的惯性测量仪，所述惯性测量仪与所述数据采集传输装置通信连接。优选地，所述无人机数据采集系统与所述地面中心通过微波无线通信连接。优选地，所述地面中心还包括显示器、输入设备、指挥中心，所述显示器和所述输入设备分别与所述数据采集传输装置和所述无人机控制装置电连接。优选地，所述地面中心设置在需要进行生物量估算的森林区域。本技术的优势在于：本技术实施例提供的一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，通过使用搭载激光雷达扫描设备的无人机组成的无人机数据采集系统，将采集到的点云数据和影像数据传输至地面中心。在地面中心快速生成高精度DEM成果、高精度DOM成果以及三维模型，并提取出森林树高结果，供进一步做森林生物量的估算和分析工作。附图说明图1是本技术提供的基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统的结构示意图。图中，各符号的含义如下：1无人机数据采集系统，2地面中心，3激光雷达扫描设备，4无人机，5卫星导航定位设备，6惯性测量仪，7无人机控制装置，8显示器9数据采集传输装置，10指挥中心，11输入设备。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，本技术提供了基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，包括1无人机数据采集系统和2地面中心，无人机数据采集系统1和地面中心2通信连接。无人机数据采集系统包括：3激光雷达扫描设备，4无人机，5卫星导航定位设备，6惯性测量仪；地面中心包括：7无人机控制装置，8显示器9数据采集传输装置，10指挥中心，11输入设备。上述结构的森林树高监测系统，通过控制和管理无人机的飞行线路，以无人机上安装的激光雷达扫描设备，对森林区域进行激光雷达扫描监测，获取影像和点云数据，并向地面中心时无线下传影像、点云数据和无人机飞行状态数据；地面中心集成了无人机控制装置和数据采集传输装置，通过无人机控制装置实现无人机巡航路线规划、巡查自导航，通过数据采集传输装置实现点云数据和影像数据无线传输与动态接收；指挥中心无线通信实时接收动态监测数据，并实现对监测数据快速处理和分析，包括航带点云拼接、点云自动过滤、点云分类、和接边处理，生成高精度DEM、DOM、DLG数据成果和森林树高提取结果。其中，地面中心可以向无人机上的飞控模块发送的行动指令，包括起飞、上升、下降、悬停、按指定方向前进、拍照模式切换、拍照或摄像开启与结束动作、数据下载等。数据采集传输装置可以内置地面监控软件、数据回收软件和数据快速处理软件等。无人机数据采集系统可以通过无线信号收发器接收地面站的无人机控制装置发送的指令，无人机根据该指令按规划航线，对监测区域进行巡回监测，通过无人机上搭载的激光雷达扫描设备获取点云数据及影像数据，并将点云数据、影像数据和无人机的飞行数据实时传传输至地面站的数据采集传输装置中；数据采集传输装置再将接收到的数据传输至指挥中心，指挥中心对接收到的数据进行如下分析和处理。本技术提供的基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统具有以下优点：无人机搭载激光雷达扫描设备获取激光点云数据，不受天气、地域的影响、具有获取高密度点云且直接获得三维信息等优势，相对于传统的星载和机载卫星遥感等采集手段具有明显优势，从时间上、空间上均显灵活，便于森林区域树高的提取及判别，通过点云数据将星载或航空影像在森林树高无法获取的基础信息进行补测。地面中心集成了无人机飞行控制与数据无线传输功能，实现地面监控、数据回收及数据预处理、并将数据实时传输至指挥中心，能够实时进行数据交互传输，系统将数据处理分析功能都集成于指挥中心，无人机和地面站的功能负荷都较小，无人机只需将所获扫描数据和位置、姿态信息传回地面站即可，故对无人机及其处理系统要求不高。指挥中心具有分析处理功能，进行森林树高的直接提取，实用性强。通过采用上述结构，数据采集传输装置接收的数据可以在显示器上显示，无人机控制装置中输入的无人机控制参数等也可以在显示器上显示，以方便人们查看这些数据。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，其特征在于，包括无人机数据采集系统、地面中心，所述无人机数据采集系统与所述地面中心通信连接；所述无人机数据采集系统包括无人机以及安装在所述无人机上的激光雷达扫描设备，所述地面中心包括数据采集传输装置、无人机控制装置和指挥中心，所述无人机控制装置与所述无人机通信连接，所述数据采集传输装置分别与所述激光雷达扫描设备和所述指挥中心通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，其特征在于，包括无人机数据采集系统、地面中心，所述无人机数据采集系统与所述地面中心通信连接；所述无人机数据采集系统包括无人机以及安装在所述无人机上的激光雷达扫描设备，所述地面中心包括数据采集传输装置、无人机控制装置和指挥中心，所述无人机控制装置与所述无人机通信连接，所述数据采集传输装置分别与所述激光雷达扫描设备和所述指挥中心通信连接。2.根据权利要求1所述的基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，其特征在于，所述无人机数据采集系统还包括安装在所述无人机上的卫星导航定位设备，所述卫星导航定位设备与所述数据采集传输装置通信连接。3.根据权利要求1所述的基于LiDAR技术的无人机森林树高监测系统，其特征在于，所述无人机数据采集系统还包括安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪希亮，曹春香，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11