本說明書涉及雷達(dá)掃描測(cè)量技術(shù)及森林樣木數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理，特別涉及一種動(dòng)態(tài)坐標(biāo)迭代尋址的森林樣地調(diào)查測(cè)量方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、開展森林樣地調(diào)查測(cè)量，是我國(guó)構(gòu)建林草生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。森林樣地調(diào)查的基礎(chǔ)性測(cè)量工作主要包括：樣地定位、樣地周界測(cè)量、樣木定位及樹徑測(cè)量等。森林樣地一般有方型、矩形和圓形等，我國(guó)森林樣地?cái)?shù)量最多的是1畝方型樣地（即：水平投影25.82米×25.82米）。

2、目前森林樣地調(diào)查測(cè)量較為傳統(tǒng)，使用的器具主要包括：掌上gps、rtk、羅盤儀、全站儀、測(cè)量繩和皮尺等。受不具備通視條件和森林環(huán)境復(fù)雜等因素的影響，在實(shí)際的調(diào)查測(cè)量作業(yè)中，經(jīng)常涉及砍線測(cè)量（砍除遮擋測(cè)量的灌木等）和轉(zhuǎn)站測(cè)量（一種坡地情況下的轉(zhuǎn)換測(cè)量方法）等不可避免的問題；同時(shí)，傳統(tǒng)的作業(yè)方式也是導(dǎo)致樣地點(diǎn)位尋址、周界測(cè)量、樣木定位等環(huán)節(jié)長(zhǎng)期存在成本高、工作強(qiáng)度大、效率低和誤差不可控的主要因素。

3、由于森林樣地區(qū)域的樹木位置是固定的，可將其作為參照物進(jìn)行位置識(shí)別。因此，一種基于激光雷達(dá)掃描搭載電子羅盤和穩(wěn)定器，以樣地樹木為參照物建立樣地獨(dú)立坐標(biāo)系并反復(fù)以樹木為位置參考進(jìn)行動(dòng)態(tài)坐標(biāo)迭代尋址的方法，可在樣地調(diào)查測(cè)量的點(diǎn)位尋址、周界測(cè)量和樣木定位等作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)、快捷的外業(yè)測(cè)量，解決行業(yè)長(zhǎng)期存在的痛點(diǎn)和難點(diǎn)問題，極大提升外業(yè)工作的智能化信息化水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種動(dòng)態(tài)坐標(biāo)迭代尋址的森林樣地調(diào)查測(cè)量方法和系統(tǒng)解決了森林樣地調(diào)查作業(yè)中難以準(zhǔn)確高效完成的問題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種動(dòng)態(tài)坐標(biāo)迭代尋址的森林樣地調(diào)查測(cè)量方法，包括：

3、s1：基于森林樣地的基點(diǎn)，確定參照物及對(duì)應(yīng)坐標(biāo)和夾角信息，構(gòu)建森林樣地獨(dú)立坐標(biāo)系；

4、s2：基于所述森林樣地獨(dú)立坐標(biāo)系，將移動(dòng)測(cè)量裝置沿固定路線移動(dòng)，利用參照物及對(duì)應(yīng)坐標(biāo)和夾角信息，計(jì)算移動(dòng)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)；

5、s3：利用所述移動(dòng)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，迭代計(jì)算樣本樹木的坐標(biāo)，得到森林樣地樹木坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果，完成基于動(dòng)態(tài)坐標(biāo)迭代尋址的森林樣地調(diào)查測(cè)量。

6、進(jìn)一步地，所述s1進(jìn)一步包括：

7、獲取森林樣地各點(diǎn)位的坡度信息；

8、基于所述坡度信息，通過計(jì)算，得到水平距離：

9、；

10、利用所述水平距離，將對(duì)應(yīng)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為水平坐標(biāo)，得到修正后的森林樣地獨(dú)立坐標(biāo)系：

11、；

12、其中，表示水平距離，表示該點(diǎn)位相對(duì)于水平位置的高度，表示坡度，表示水平橫坐標(biāo)，表示三維橫坐標(biāo)，表示水平縱坐標(biāo)，表示三維縱坐標(biāo)。

13、進(jìn)一步地，所述s2包括：

14、將移動(dòng)測(cè)量裝置固定于樣地西南基點(diǎn)且方向指向正北，選取可視范圍內(nèi)的樣木a和樣木b作為參照物；

15、利用移動(dòng)測(cè)量裝置的激光雷達(dá)對(duì)樣木a和樣木b進(jìn)行掃描，分別得到樣木a相對(duì)于基點(diǎn)的距離、樣木b相對(duì)于基點(diǎn)的距離、樣木a相對(duì)于正北y軸夾角和樣木b相對(duì)于正北y軸夾角；

16、基于所述樣木a和樣木b相對(duì)于基點(diǎn)的距離以及相對(duì)于正北y軸夾角，進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到樣木a和樣木b的坐標(biāo)以及兩樣木之間的距離和夾角：

17、；

18、；

19、；

20、其中，表示樣木a的橫坐標(biāo)，表示樣木a相對(duì)于基點(diǎn)的距離，表示樣木a相對(duì)于正北y軸夾角，表示樣木a的縱坐標(biāo)，表示樣木b的橫坐標(biāo)，表示樣木b相對(duì)于基點(diǎn)的距離，表示樣木b相對(duì)于正北y軸夾角，表示樣木b的縱坐標(biāo)，表示樣木a和樣木b的距離，表示樣木a和樣木b之間的夾角。

21、進(jìn)一步地，所述s3包括：

22、將移動(dòng)測(cè)量裝置向北移動(dòng)，利用激光雷達(dá)獲取實(shí)時(shí)測(cè)量信息；其中，所述實(shí)時(shí)測(cè)量信息包括移動(dòng)測(cè)量裝置與樣本a和樣木b的距離以及相對(duì)于正北y軸夾角；

23、基于所述實(shí)時(shí)測(cè)量信息，通過計(jì)算，得到移動(dòng)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)：

24、；

25、；

26、其中，表示移動(dòng)測(cè)量裝置的橫坐標(biāo)，表示樣木a的橫坐標(biāo)，表示樣木a相對(duì)于移動(dòng)測(cè)量裝置的距離，表示樣木a與移動(dòng)測(cè)量裝置的連線相對(duì)于正北y軸夾角，表示移動(dòng)測(cè)量裝置的縱坐標(biāo)，表示樣木a的縱坐標(biāo)，表示樣木b的橫坐標(biāo)，表示樣木b相對(duì)于移動(dòng)測(cè)量裝置的距離，表示樣木b與移動(dòng)測(cè)量裝置的連線相對(duì)于正北y軸夾角，表示樣木b的縱坐標(biāo)。

27、進(jìn)一步地，所述移動(dòng)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)的驗(yàn)證過程包括：

28、利用余弦定理對(duì)所述移動(dòng)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)進(jìn)行約束驗(yàn)證，得到移動(dòng)測(cè)量裝置坐標(biāo)的不確定性約束結(jié)果：

29、；

30、其中，表示樣木a和樣木b相對(duì)于移動(dòng)測(cè)量裝置的夾角，表示樣木a和樣木b的距離。

31、進(jìn)一步地，所述s3包括：

32、基于移動(dòng)后的移動(dòng)測(cè)量裝置坐標(biāo)，重新選取樣木c和樣木d作為迭代計(jì)算參照物；

33、利用激光雷達(dá)，獲取樣木c和樣木d相對(duì)于移動(dòng)測(cè)量裝置的實(shí)時(shí)距離和相對(duì)于正北y軸的夾角；

34、利用所述樣木c和樣木d相對(duì)于移動(dòng)測(cè)量裝置的實(shí)時(shí)距離和相對(duì)于正北y軸的夾角，通過計(jì)算，得到樣木c和樣木d的坐標(biāo)及兩樣木之間的距離：

35、；

36、；

37、；

38、其中，表示樣木c相對(duì)于移動(dòng)測(cè)量裝置的距離，表示樣木c的橫坐標(biāo)，表示移動(dòng)測(cè)量裝置的橫坐標(biāo)，表示樣木c的縱坐標(biāo)，表示移動(dòng)測(cè)量裝置的縱坐標(biāo)，表示樣木d相對(duì)于移動(dòng)測(cè)量裝置的距離，表示樣木d的橫坐標(biāo)，表示樣木d的縱坐標(biāo)，表示樣木c和樣木d之間的距離；

39、重復(fù)上述步驟，在森林樣地區(qū)域不斷以樹木為參照物，循環(huán)執(zhí)行以移動(dòng)測(cè)量裝置測(cè)量計(jì)算樹木坐標(biāo)和以樹木坐標(biāo)計(jì)算移動(dòng)測(cè)量裝置動(dòng)態(tài)坐標(biāo)的流程，直到作業(yè)任務(wù)結(jié)束，得到森林樣地的調(diào)查測(cè)量結(jié)果。

40、進(jìn)一步地，所述樣木c和樣木d的坐標(biāo)的驗(yàn)證過程包括：

41、利用余弦定理對(duì)樣木c和樣木d的坐標(biāo)進(jìn)行約束性驗(yàn)證，得到樣木c和樣木d的坐標(biāo)的不確定性約束結(jié)果：

42、；

43、其中，表示樣木c和樣木d相對(duì)于移動(dòng)測(cè)量裝置的夾角。

44、一種動(dòng)態(tài)坐標(biāo)迭代尋址的森林樣地調(diào)查測(cè)量系統(tǒng)，包括：

45、測(cè)量模塊，包括激光雷達(dá)和電子羅盤，用于獲取移動(dòng)測(cè)量裝置和樣木的位置信息；

46、藍(lán)牙通信模塊，用于將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算模塊；

47、穩(wěn)定模塊，包括穩(wěn)定器、手持部件和支架，用于穩(wěn)定和固定移動(dòng)測(cè)量裝置；

48、供電模塊，用于為測(cè)量模塊和藍(lán)牙通信模塊提供穩(wěn)定電壓；

49、計(jì)算模塊，包括測(cè)量計(jì)算終端，用于對(duì)所述移動(dòng)測(cè)量裝置和參照物的位置信息進(jìn)行計(jì)算，得到森林樣地樹木坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果。

50、本發(fā)明的有益效果為：移動(dòng)測(cè)量裝置通過構(gòu)建森林樣地獨(dú)立坐標(biāo)系，將移動(dòng)測(cè)量裝置沿固定路線移動(dòng)，計(jì)算移動(dòng)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，利用所述移動(dòng)測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，迭代計(jì)算樣本樹木的坐標(biāo)，得到森林樣地樹木坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果。（1）通過以森林樣地區(qū)域內(nèi)的樣木為測(cè)量和坐標(biāo)迭代計(jì)算的參照物，利用激光雷達(dá)的掃描特性，在移動(dòng)測(cè)量裝置和樣木之間構(gòu)建起了距離及角度的測(cè)量與計(jì)算關(guān)系，可快速完成樣地獨(dú)立坐標(biāo)系的建立和進(jìn)行移動(dòng)測(cè)量裝置及樣木的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)迭代計(jì)算，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)測(cè)量裝置的坐標(biāo)指引和森林樣地區(qū)域的樹木坐標(biāo)標(biāo)記與識(shí)別，高效完成森林樣地調(diào)查測(cè)量作業(yè)任務(wù)；（2）利用移動(dòng)測(cè)量裝置迭代計(jì)算，可極大提升森林樣地調(diào)查測(cè)量的數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確率；同時(shí)也可極大提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少外業(yè)工作攜帶的器具量具等。