[发明专利]一种测量林窗立体结构的方法

权利要求书

1.一种测量林窗立体结构的方法，其特征在于：在林窗中任意一个位置的不同高度用装配鱼眼镜头的数码相机竖直向上拍摄两张半球面影像；测量林窗参数；对两张半球面影像进行处理，记录相片中林窗林冠边缘点的坐标；根据鱼眼镜头的投影原理和各坐标点及林窗参数计算林窗的面积、形状以及每个方位林窗林冠的高度；

把林窗近似成n边形，每个方位林冠边缘点距地面的高度(H_t，α)通过以下公式计算：

H_t，α＝H_α+D_α·cos(α-β)·tan(γ)

其中，α、β、γ分别为任意的方位角、坡向、坡度，H_α、D_α分别为α方位林冠边缘点在镜头上方的高度和到鱼眼镜头光轴的垂直距离；

α方位林冠边缘点在镜头上方的高度(H_α)和到鱼眼镜头光轴的垂直距离(D_α)计算方法如下：

H_α＝d·tan(θ_h，α)/(tan(θ_h，α)-tan(θ_l，α))+h

D_α＝d·tan(θ_h，α)·tan(θ_l，α)/(tan(θ_h，α)-tan(θ_l，α))

式中，d、h分别为两次拍摄时镜头的高差、低处拍摄时镜头离地面的高度，θ_l，α、θ_h，α分别为低处和高处拍摄时α方位林冠边缘点到鱼眼镜头垂直光轴的天顶角；

所述天顶角通过以下方法得到：

分别在两张半球面影像中记录每个方位林冠边缘点的坐标，根据坐标值计算每个方位林冠边缘点的方位角α及其投影点到相片中心点的距离r，根据鱼眼镜头的极坐标投影原理公式求每个方位林冠边缘点到鱼眼镜头垂直光轴的天顶角θ：

θ/90＝r/R

式中，R为θ＝90时投影点在半球面影像中的半径距离。

2.按照权利要求1所述测量林窗立体结构的方法，其特征在于：半球面影像的拍摄要求为：选择无风、全阴天在林窗内任意位置，将装配有鱼眼镜头的数码相机安置在三角架上，在不同高度竖直向上拍摄2张半球面影像；拍摄时相机光圈调至最小，焦距调至无穷远，确保半球面影像的正上方为罗盘正北方向。

3.按照权利要求1所述测量林窗立体结构的方法，其特征在于：采用图像处理软件处理半球面影像，以半球面影像的中心点为中心从0度方位角开始并以固定角度间隔记录相片中林冠边缘点的坐标，每张相片共记录n＝360/g个坐标点，其中g为固定角度。

4.按照权利要求1所述测量林窗立体结构的方法，其特征在于：所述林窗参数包括坡度及坡向。

5.按照权利要求1所述测量林窗立体结构的方法，其特征在于：把林窗近似成n边形，通过以下公式计算林窗面积(A)：

其中，i·g为第i个坐标点的方位角，D_i·g为i·g方位林冠边缘点到鱼眼镜头光轴的垂直距离。

6.按照权利要求1所述测量林窗立体结构的方法，其特征在于：把林窗近似成n边形，林窗形状通过形状指数(SI)计算：

式中P为林窗周长，A为林窗面积。

7.按照权利要求6所述测量林窗立体结构的方法，其特征在于：所述林窗周长(P)的计算方法如下：

其中，i·g为第i个坐标点的方位角，D_i·g为i·g方位林冠边缘点到鱼眼镜头光轴的垂直距离。