牡丹江市直属林业调查规划设计队 黑龙江牡丹江 157000
摘要：在现代化的发展环境中，林业生产建设期间对林业调查的质量和精度提出了较高要求，如何对森林资源信息进行动态监测、做到信息数据的实时获取是林业调查部门发展期间重点研究的问题。虽然航天、航空遥感技术能够很好的满足以上需求，但是需要投入较多的成本而且分辨率比较低。无人机遥感技术的研发与应用填补了上述技术的空白，其具有分辨率高、灵活性强、低成本、易操作等优点，非测量相机的体积比较小且像素较高，可以满足林业调查工作的非精度测量需求。
关键词：小型无人机；非测量相机；林业调查
小型无人机非测量相机在林业调查中的应用可以满足调查工作对树木高度、林区面积、周长等测量精度的要求，属于一种新型的林业调查技术，可以推动林业工作调查工作的进一步发展。在实际应用过程中也会出现非测量相机镜头畸变和相机云台外方位元素误差较大的情况，这就需要通过针对性计算对相机进行校正与调整，确保测量结果与实际数据相对应。这是一种比较有效的林业资源调查方法，需要对各项影响因素进行有效控制才能将技术作用发挥出来。
1.数据获取及预处理
选用大疆创新科技有限公司的 S800六轴多旋 翼无人机，结合地面站、对应云台，搭载 Cannon 5D Mark III（相机参数：焦距（24mm）、传感器Ｈ（感光元件高，24mm）、传感器W（感光元件宽，36mm）、像素2230万）在航高100m处进行航拍实验。主要采用地面站的摄影测量工具对航高、航向重叠、旁向重叠等进行设置，以满足航空摄影测量的基本需求。
航拍后，通过 Image Master Calibration软件和 A3检校标准模板对相机镜头进行检校。相机检校成功后，内定项参数生成相机检校文件，为航片内定向中的镜头畸变纠正提供了基础。
2.研究方法
2.1 技术路线
使用普通的小型无人机搭载非测量相机进行低空航拍，选择林场中低山坡地针叶林作为实验对象，提前设计好试验步骤进行相关操作。首先，设置好试验区的控制点，利用A4白纸进行分段铺设，一共布设25个。利用GPS技术对该区域的坐标点进行测量与记录，确定控制点周围部位的树木高度进行详细记录，为数据得的对比分析做好准备工作。其次，根据林区的实际情况来调整无人机飞行的速度、高度，在指定的位置一键启动航拍，对于无人机的拍摄数据进行检查，同时将非测量相机的外方位元素全部导出。再次，通过原始记录数据参与与外方位元素进行对比，确定距离偏差，取值后进行反向计算相机的调整值，从而建立专门的数据模型进行树木高度的测量和拍摄数据的矫正，确定测量区域的面积和周长。最后，将无人机拍摄的图测数据与前期的实测数据进行对比分析，了解图测中存在的误差问题，根据误差内容进行数据的分析与调整。
2.2航片外方位元素反算方法
在进行相机外方位元素反向计算的过程中需要提取数据参数，其中包含不同位置的坐标值和图像中的各种角度，这是进行反算的基础也是调整误差的关键。
小型无人机在进行低空航拍的过程中，要想保证测量结果的准确性和有效性，就一定要保证无人机飞行过程中的稳定性和相机外方位元素的精度。本次研究中通过对同一位置进行不同角度和方位的测量来分析这项技术应用期间存在的误差问题，并取多次测量的均值进行反向计算，根据计算结果对相机的参数进行纠正与调整，实现对误差问题的有效控制在一定程度上提高的相机的拍摄精度。比如林业中树高的测量、冠幅的测量等。本实验共9张航片，分两个航带。以第一张航片为基准，量测其他航片中同名地物点的距离和角度偏差。结果表明，平均距离偏差为12.14m，角度偏差为15.2°。
通过X，Y坐标分解可得δX＝11.72，δY＝3.18。通过外方位元素的这种反算和调整，能够基本解决立体相对的立体成像和树高测量问题。
2.3测量区域面积、周长量测方法及流程
在对相机外方位元素进行纠正和调整之后，正面拍摄的图像中面积和周长与实际区域相对应，通过在坐标系中建立专门控制点的方法来对测量区域的面积和周长进行对比分析。
2.4树高量测方法及流程
在测量树木高度的过程中，需要调整好相机的外方位元素同时也要确定地面控制点，根据测量区域的树木的分布情况来建立立体测量模型，利用无人机和专门的测量工具进行反复测量后将数据整合在一起，能够形成立体效果，测量该区域控制点与树木的距离和树木的高度，做好详细记录。要进行多次测量取测量结果的平均值。
要通过构建定量模型的方式来确定无人机低空航拍数据与实测数据之间的定量关系并进行误差控制，经过对比和分析来确定这种方法的测量精度。本研究采用最小二乘的线性和多项式两种拟合方法分别用实测航区面积、周长及树高对图测面积、周长和树高进行拟合。
3.研究结果分析
3.1面积量测结果对比及拟合分析
通过图测航区面积和实测航区面积对比可知两者的波动趋势相同，平均相对误差为-5.95%，平均绝对误差为-214.08m2。由此可知，图测航区面积误差在6%左右，能满足一般精度的图测要求。
3.2周长量测结果对比及拟合分析
通过图测航区周长和实测航区周长对比可知两者的波动趋势相同。平均相对误差为-1.59%，平均绝对误差为-4.32m。由此可知，图测航区周长误差在2%左右，能满足一般精度的图测要求。
3.3树高量测结果对比及拟合分析
通过图测树高和实测树高对比可知两者的波动趋势相同，平均相对误差18.93%，平均绝对误差为0.816m。由此可知，图测树高误差在19%左右，按《森林资源连续清查技术规定》的要求，这样的结果很难满足林业树高测量精度的要求。因此，必须采取相应的定量关系模型来研究实测树高和图测树高的关系，以期真实反映两者之间的数量关系。
要想提高无人机航拍图测树高的精准度，能够将林区树木的实际高度展现出来，满足现代林业发展期间对林业调查工作的测量精度要求，必须要对这项技术进行深入研究并做好数据拟合工作，采用数据拟合法能够了解真实数据和图测数据之间的相关性，这对后续林业调查中测量工作的开展有着积极影响，能够发挥出小型无人机飞测量相机在林业调查中的重要作用。
结语：从上文的分析结果可以了解到，小型无人机非测量相机在林业调查中的应用优势较为明显，与传统的调查方法相比整体的测量精度得到了明显提升，且具有较高的可操作性；对于树木高度和林区面积的测量需要构建相应的模型，同时也需要进行逆向解算来控制相机平台外方位元素的误差问题。对于林分的郁闭度进行测量的过程中通过图像进行识别与分辨，可以建立林分蓄积模型来计算林分蓄积。要想进一步提高测量精度还要加强对这项技术的应用研究，实现小型无人机非测量相机的高效运用。
参考文献：；
[1]徐振方.无人机遥感技术在林业资源调查与监测中的应用研究[J].花卉，2019（6）：162-163.
[2]曾勋.无人机在林业调查中的运用实践研究[J].绿色科技，2019，（11）：169-170.