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非接触式森林树木直径激光检测方法研究

非接触式森林树木直径激光检测方法研究

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作者：孙思怡西安工业大学

学位级别：硕士

森林树木直径的快速有效检测对于保护生态环境、促进经济发展和应对气候变化具有重要意义。非接触式检测方法以其高效快速、无损检测、安全性高、适用性强等优势,表现出极好的发展前景。本文立足于解决森林树木直径高效快速检测的问题,... 详细信息

森林树木直径的快速有效检测对于保护生态环境、促进经济发展和应对气候变化具有重要意义。非接触式检测方法以其高效快速、无损检测、安全性高、适用性强等优势,表现出极好的发展前景。本文立足于解决森林树木直径高效快速检测的问题,利用非接触式激光检测的方式,建立了待测树木直径及待测树木与测试点间距离的数学模型,设计了树木直径激光检测方案,编写了激光标尺前景目标信息提取程序,进行了激光标尺的实验室校准和测试,实现了野外树木直径及距离参数的检测。本文研究的主要内容及获得的成果如下:1)依据光学系统成像原理建立了待测树木直径以及待测树木与测试点的距离的数学模型;基于图像处理多种方法的分析,设计了复杂背景下激光标尺的前景信息提取方法。2)根据森林树木直径检测实际环境,确定了检测系统的技术指标,设计了基于激光标尺的总体检测方案,建立了基于单线激光标尺和双线激光标尺的直径两种具体检测方案,依据激光标尺技术要求,利用Zemax软件完成了单线激光标尺和双线激光标尺的光路仿真设计;基于系统的具体技术指标完成了测量系统的器件选型,进行了测量系统的平台搭建。3)在实验室进行了单线激光标尺光路和双线激光标尺光路的搭建及校准,利用直径为108mm,98mm,86mm的纸筒模拟树木树干,完成了实验室直径检测,测试结果表明:单线激光标尺进行直径检测时,单线激光标尺随着待测物距离增大,标尺的识别精度降低,对参数的测量精度影响较大,检测误差小于2.57%;双线激光标尺进行直径检测时,待测物距离对标尺的识别精度影响较小,检测误差小于1.44%。因而野外检测时采用双线激光标尺检测系统进行测量。4)具体分析了野外检测的条件,设计了野外测量实验整体流程和实验平台利用MATLAB程序编写了图像处理和信息提取软件系统;分别对晴天与阴天的森林树木进行了野外测试,基于已经建立的树木直径、距离与激光标尺横向长度、纵向中心距的数学模型,通过图像处理和信息提取软件系统完成了待测树木的直径和距离的解算,获得了检测结果;并对结果进行了数据分析和综合误差分析。结果表明:距离在5米到25米树木检测时,待测树木直径的相对测量误差小于2.21%,待测树木直径的绝对误差均在±5mm之间,树木距离的相对误差小于1.84%,待测树木距离的绝对误差均在±30cm之间,符合预期技术指标。

关键词：非接触式测量激光标尺目标信息提取直径测量距离测量

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