智能林分郁闭度电子测量仪的制作方法

本实发明专利实现了林分郁闭度的智能自动测量。现郁闭度测试方法主要用目测与估测统计方法。而仪器化主要由突面镜成像栅格法，具有成像不稳定，客观性差的不足。本发明使用自动电子成像与取样计算技术，可以对林分郁闭度可重复的客观测量，并保证误差小于５%，是目前林业迫切需要仪器，用于对地面材积量、森林覆盖率进行测量与计算。
背景技术：
：郁闭度就是指林冠覆盖面积与地表面积的比例,它是反映林分密度的指标。是以林地树冠垂直投影面积与林地面积之比，以十分数表示，完全覆盖地面为1。根据联合国粮农组织规定，0.20（含0.20）以上的郁闭林:一般以0.20-0.69为中度郁闭、0.70以上为密郁闭、0.20（不含0.20）以下为疏林。森林覆盖率指一个国家或地区森林面积占土地面积的百分比。在计算森林覆盖率时，森林面积包括郁闭度0．2以上的乔木林地面积和竹林地面积，国家特别规定的灌木林地面积、农田林网以及四旁（村旁、路旁、水旁、宅旁）林木的覆盖面积。森林覆盖率是反映森林资源的丰富程度和生态平衡状况的重要指标。计算公式为：森林覆盖率（%）=森林面积／土地总面积χ100％。森林面积指由乔木树种构成，郁闭度0.2以上（含0.2）的林地或冠幅宽度10米以上的林带的面积，即有林地面积。《森林法实施细则》规定有林地包括防护林林地、用材林林地、经济林林地、薪炭林林地、特种用途林林地。上述测量方法，使用了遥感、卫星以及相近的测绘技术完成，测量过程冗长，测量成本巨大，测量准确性不高，不适合区域小林地与快速测量。传统的光学与统计方法测量计算方式的林分郁闭度测量技术，测量过程不可控制与测量误差大。技术实现要素：大视角光学系统微型化与ｃｃｄ光学传感器的集成化，使得大范围（广角）取像可以实现。计算机系统的图像计算技术对于图像的内容计算，也在近年形成了较为明显的进步，可以对1000万级像素的图像计算，在使用dsp技术时达到ms级遍历计算。本发明采用大范围视角声像技术与高性能计算技术，形成对林冠图像的获取计算。林分郁闭度是建立在描述林冠图像与天空识别技术的计算基础上，通过对比天空与林冠面积计算形成。智能林分郁闭度电子测试仪利用地面1米到2米高度可观察天空的面积比例，衡量林冠图像的遮盖程度，以可识别天空面积率计算林分郁闭度。产品采用向上（天空）180度视角的光学图像取样镜头（水平放置），与每幅图像生成一个亮度不同的计算点阵，通过计算遮盖处亮度低像素进行周期性计算，如图１。若形成的图像，高亮度点数量为x，低亮度点数量为y，计算点总数为z，且z=x+y,则（地）点郁闭度γ定义为：γ=a*（y/z）其中a为光学环境系数，如白天a=1，夜晚a=1-0.8之间等。a与光学系统的亮点定义阈值相关。采用rgb定义与单色定义时，取值由预先定义表决定。计算由数字电路与soc系统完成，并输出。林地郁闭度γ’利用连续点测量形成线路（林地）测量均值方式完成，具有n个点郁闭度记录形成林地郁闭度公式为公式一，详见附图11。林地郁闭度的测量技术如图2为智能林地郁闭度测试仪原理图，产品手持并处于镜头取样向上（由于手持不能准确的保持水平，采用⑤电路来保持水平采样），取样图像以圆形区域形成测量对象，cmos或ccd①形成图像的点阵列像素，并形成可控制阈值的像素级数据输出；像素由图像处理器形成帧图像文件缓存在fifo区，形成图像数据。同时我们在采集图像数据时，由于光照的影响会对我们的采集数据产生影响，我们可以通过模块对采集时的光照进行采样，光照不适合给予警告，并通过校正函数进行校正。这一套系统还可以通过模块的gps定位系统自动完成数据的定位与储存。采集的图像数据在片上系统soc①中形成计算，相应计算形成γ值。并输出到显示器或进行存储管理，还可以通过与外部进行数据的交换。光学成像测量模块其中光学系统由150度广角镜头和ov7725感光模块组成形成覆盖水平面以上的光学影像。图3采用的是ov系列7725感光模块,将光学影像投影到光学传感器cmos上,通过sccb接口控制曝光时间、饱和度、色调等,获得我们需要的光学像素阵列数据。图4为三个水银开关形成水平控制电路，用于保证所获取的图像是在水平状态采集。如图5输出的光学像素的阵列数据是通过图4电路控制，使光学阵列模块水平向上时采集数据的数据通过fifo进行缓存输出，如果光学阵列不是水平向上，则采集的数据丢弃。采集数据时先通过主控芯片(图6中u6)对图5中的u1ov772模块进行初始化，再通过sccb接口设置数据采集的模式和参量，通过主控芯片(图6中u6)对图5中u2的/rrst和/wrst引脚先写入高电平，在写入低电平最后写入高电平并维持维持高电平实现对fifo的写和读的初始化。准备好后，图4三个水平传感器构成的水平触发电路启动，三个引脚通过u12的74lvc1g11三与门输出为wen。wen和图5中u1ov7725的href引脚通过74lvc1g00二与非门输出we，控制图5中u2的/we引脚使能fifo的写入。完成数据的缓存，由主控制器将fifo的数据转移到8mb的flash存储最后处理。光学像素阵列数据由图像处理器完成图像形成，图像处理器由单一芯片形成完整帧图像输出，图像处理器由8mb存储器与图像阵列管理器形成。郁闭度计算电路在soc系统芯片中完成数据的比较与计算，输出郁闭度数值，如图6所示。从光学阵列的数据获取，到数据的缓存，到数据的存储，数据的处理，计算，结果显示与保存其流程如图7。其中数据处理计算过程如图8所示。图像数据通过soc的处理后可以通过usb接口与显示屏输出，便于单点测量和大范围连续测量数据获取。如图9usb采用的是stm32自带的usb高速接口，显示屏采用的是atk-7'tftlcd_v14型号的电容触摸lcd集成模块。atk-7’tftlcd模块自带的lcd控制器初始化非常简单，首先通过拉低模块rst脚，实现对lcd控制器的复位，延时100ms左右，再拉高rst脚，完成对lcd的复位，等待控制器准备好。设置显示相关寄存器。mirror寄存器、pref寄存器、endx寄存器等三个寄存器。通过mirror寄存器设置屏幕的显示方向。通过pref寄存器设置当前操作页、当前显示页以及背光控制等参数。通过endx寄存器设置x坐标的结束位置，设置好这些，将控制数据和显示数据写入lcd。图9中j1的cs引脚输入低，atk-7’tftlcd模块有电容触摸屏功能。触模与ｇｐｓ电路电平在输入高电平并保持实现触摸屏的初始化，只要有触摸j1的pen引脚就会输出高电平，通知主控制器，这个时候只要通过mosi引脚把数据读走即可。gps定位系统是用来定位我们测量林地、民居郁闭度的位置参数，我们可以通过gps知道这个位置详细信息，并可以在地球上标注起来，可以减少人为定位的不准确性，如图10。本系统的供电采用的是ltc4054构成的锂电池充放电系统；视角稳定的光学镜头，与光学传感器图像阵列，使得图像可以完整投射到传感器表面；传感器为ccd(chargecoupleddevice)或cmos(complementarymetal-oxidesemiconductor)材料，形成的为阵列式与位置相关的像素，所有像素以对应ｒｇｂ值形式存储为数据。使用技术：测量由手持方式在水平情况下测试；测量由头戴式移动测量完成。使用步骤：１）确定林地的有效ｇｐｓ范围，形成有效gps表；２）启动郁闭度测量仪器３）将镜头对准天空，保证图像的有效性，即水平开关处于有效开启状态；４）沿确定林地的巷路行走，保持不大于３米/秒速度，并走完全程；５）存储与查看郁闭度数据。智能电子林地郁闭度的技术优势郁闭度值ａｂｃｄ估测法0.70.50.80.4本发明0.560.570.640.51专业测量0.550.560.670.50本发明所用的器件与技术均支持形成方便测量，精准测量。所形成的数据具有可重复性与快速便捷的特点。实际的测量与本发明数值接近，具有可信性。上表为测量林地多个区域的郁闭度数据，与实际感知接近。附图说明：图1林分郁闭度测量仪原理框架图；图2智能林地郁闭度测量仪原理图；图3120度coms光学阵列模块；图4光学阵列模块水平控制电路；图5光学图像系统；图6图像数据存储与计算框图；图7数据采集过程框图；图8郁闭度计算框图；图9usb接口与lcd接口电路；图10gps定位芯片原理图；图11公式一。当前第1页12