一种立木空间位置测量方法技术

本发明专利技术涉及一种立木空间位置测量方法，包括如下步骤：（1）被测立木上设置测距接收终端，（2）飞行器搭载主动测距模块，启动主动测距模块，飞行器在5个以上空间位置移动，在每个空间位置向每株被测立木上接收终端发射信号，信号内容包括主动测距模块的设备编号、信号发送时间和位置坐标；（3）将数据采集终端连接测距接收终端，接收测距接收终端存储的主动测距模块发射信号以及测距接收终端的设备编号和信号接收时间；（4）求解测距接收终端坐标，确定立木空间位置。本发明专利技术测量精度可靠，测量速度快速，测量过程简单，可以批量快速完成多立木空间位置测量工作。置测量工作。置测量工作。

【技术实现步骤摘要】
一种立木空间位置测量方法


[0001]本专利技术属于农林测量器械和仪器
，具体涉及一种立木空间位置测量方法。

技术介绍

[0002]掌握林分立木空间位置，可以用于获取林分密度及了解林木竞争关系，对于优化森林经营方案，提升林分结构和质量具有重要作用。目前对于立木空间位置的测量常使用罗盘仪或是全站仪按三角测量方法进行，费力耗时，测量速度和准确度较低，新方法集中在使用激光雷达、手机图像识别等方法，设备价格昂贵，计算处理流程复杂。
[0003]综上所述，亟需提供一种测量精度可靠，测量速度快，测量过程简单，可以批量快速完成多立木空间位置测量的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种测量精度可靠，测量速度快，测量过程简单，可以批量快速完成多立木空间位置测量的方法。
[0005]上述目的是通过如下技术方案实现：一种立木空间位置测量方法，包括如下步骤：（1）被测立木上设置测距接收终端；（2）飞行器搭载主动测距模块，启动主动测距模块，飞行器在5个以上空间位置移动，所述主动测距模块在每个空间位置向每株被测立木上测距接收终端发射信号，信号内容包括主动测距模块的设备编号、信号发送时间和位置坐标；（3）将数据采集终端连接测距接收终端，接收测距接收终端存储的主动测距模块发射信号以及测距接收终端的设备编号和信号接收时间；（4）求解测距接收终端坐标，确定立木空间位置。
[0006]本专利技术提出一种立木空间位置测量方法，通过在飞行器搭载主动测距模块，在立木上绑定测距接收终端，通过获取飞行器5个以上空间位置的主动测距模块空间坐标，基于欧氏距离建立多元线性方程组反解出接收终端坐标。本专利技术测量精度可靠，测量速度快速，测量过程简单，可以批量快速完成多立木空间位置测量工作。
[0007]进一步的技术方案是，所述步骤（4）中机载主动测距模块到测距接收终端的距离计算公式如下：式中：为飞行器第个空间位置时主动测距模块的位置坐标，为第株被测立木上测距接收终端的位置坐标，为光速，为第株被测立木上测距接收终端，对飞行器第个空间位置发射信号的接收时间，为第株被测立木上测距接收终端的钟差，为飞行器第个位置时主动测距模块信号发射时间，为机载主动测
距模块的钟差，其中，，为未知量；其中，飞行器搭载的主动测距模块利用RTK模块，飞行器的空间位置是时刻变化且已知，对立木的测量计算时，测距接收终端的钟差和测量机载主动测距模块的钟差未知，但均为常量，在方程式求解中可以消除，计算方程组如下：式中：、、、、分别为飞行器第1~5个空间位置主动测距模块的位置坐标，、、、、分别为第株被测立木上测距接收终端，对飞行器第1~5个空间位置发射信号的接收时间，通过上述方程组求解出立木测距接收终端的位置坐标。
[0008]进一步的技术方案是，所述主动测距模块包括微处理器、UWB发射模块、UWB天线、RTK模块、计时器和电源模块，微处理器完成数据测量的计算、存储和控制，UWB发射模块发送超宽基带脉冲广播主动测距模块参数，UWB天线对UWB发射模块信号进行放大，RTK模块获取主动测距模块的实时空间位置坐标，存储模块存储微处理器记录数据，计时器用于提供高精度计时，电源模块提供电能；所述步骤（3）中微处理器依据计时器时间，按固定时间间隔驱动UWB发射模块发射无线信号并通过UWB天线放大广播，向测距接收终端传输包括设备编号、发射时计时器时间、发射时RTK模块测定坐标。主动测距模块工作时，微处理器按用户设定时间间隔要求，从RTK模块获取当前空间位置坐标，从计时器获取当前时间，在增加设备编号参数后，由UWB发射模块发射并经UWB天线放大广播。
[0009]进一步的技术方案是，所述测距接收终端包括微处理器、UWB接收模块、UWB天线、无线通信模块、计时器和电源模块，微处理器用于完成数据测量的计算、存储和控制，UWB接收模块接收主动测距模块发射无线信号；UWB天线对UWB发射模块信号进行放大；电源模块为微处理器提供电源；无线通信模块用于同数据采集终端连接，完成数据交换；存储模块存储微处理器记录数据；计时器用于提供高精度计时。
[0010]所述步骤（3）和步骤（4）中微处理器通过UWB天线和UWB接收模块接收主动测距模块广播的信息和传输参数，微处理器存储设备编号、接收的主动测距模块无线信号、计时器时间到存储模块中。微处理器通过无线通信模块和移动数据终端连接，将存储模块中存储数据交换与数据采集终端存储和计算。
[0011]进一步的技术方案是，所述数据采集终端包括具有强大计算、存储、网络能力的手机、平板电脑、笔记本或移动工作站。
[0012]进一步的技术方案是，所述飞行器为无人机。
[0013]相比于现有技术，本专利技术中树高测量的结果主要由距离测定的精度决定，UWB测距精度和RTK空间位置坐标精度直接影响空间位置测量精度。目前UWB是无线测距中精度最高
的方式，可以达到0.1m精度，无人机RTK模块可以实现1cm水平定位精度，1.5cm的垂直定位精度，5cm的平面建图水平绝对精度，按最低精度决定最终测量精度，本专利技术中UWB的测距精度决定最终结果精度，最终空间位置可以实现0.1m的定位精度，满足林业调查规划设计中对立木定位精度要求。
[0014]其次，在被测立木上固定测距接收终端，放飞载有主动测距模块的无人机，就可以获得测量数据，无需其他测量过程，测量流程简单。由于每个立木测量只需要5个飞行点位，测量数据取决于主动测距模块发生时间间隔，UWB发送脉冲时间间隔极短(小于1ns)，可以实现快速测量。
[0015]再次，可以同时对多个立木绑定测距接收终端，可以一次无人机放飞就可以实现大范围、批量的立木空间位置测量，使用移动采集终端连接获取每个测距接收终端数据即可以完成结果计算，可实现批量化测量。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1为本专利技术一种实施方式所涉及的立木空间位置测量方法的原理示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本专利技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
[0019]本专利技术实施例如下，参照图1，一种立木空间位置测量方法，包括如下步骤：（1）被测立木上设置测距接收终端，启动测距接收终端；（2））飞行器搭载主动测距模块，启动主动测距模块，飞行器在5个以上空间位置移动，所述主动测距模块在每个空间位置向每株被测立木上测距接收终端发射信号，信号内容包括主动测距模块的设备编号、信号发送时间和位置坐标；（3）将数据采集终端连接测距接收终端，接收测距接收终端存储的主动测距模块发射信号以及测距接收终端的设备编号和信号接收时间；（4）求解测距接收终端坐标，确定立木空间位置。
[0020]本专利技术提出一种立本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立木空间位置测量方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）被测立木上设置测距接收终端；（2）飞行器搭载主动测距模块，启动主动测距模块，飞行器在5个以上空间位置移动，所述主动测距模块在每个空间位置向每株被测立木上测距接收终端发射信号，信号内容包括主动测距模块的设备编号、信号发送时间和位置坐标；（3）将数据采集终端连接测距接收终端，接收测距接收终端存储的主动测距模块发射信号以及测距接收终端的设备编号和信号接收时间；（4）求解测距接收终端坐标，确定立木空间位置。2.根据权利要求1所述的立木空间位置测量方法，其特征在于，所述步骤（4）中机载主动测距模块到测距接收终端的距离计算公式如下：式中：为飞行器在第个空间位置时主动测距模块的位置坐标，为第株被测立木上测距接收终端的位置坐标，为光速，为第株被测立木上测距接收终端，对飞行器第个空间位置发射信号的接收时间，为第株被测立木上测距接收终端的钟差，为飞行器第个空间位置时主动测距模块信号发射时间，为机载主动测距模块的钟差，其中，，为未知量；其中，飞行器搭载的主动测距模块利用RTK模块，飞行器的空间位置是时刻变化且已知，对立木的测量计算时，测距接收终端的钟差和测量机载主动测距模块的钟差未知，但均为常量，在方程式求解中可以消除，计算方程组如下：式中：、、、、分别为飞行器第1~5个空间位置主动测距模块的位置坐标，、、、、分别为第株被测立木上测距接收终端，对飞行器第1~5个空间位置发射信号的接收时间，通过上述方程组求解出立木...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，李娜娜，李贝贝，李涛，
申请(专利权)人：四川省林业和草原调查规划院四川省林业和草原生态环境监测中心，
类型：发明
国别省市：