[发明专利]航空森林清查系统

说明书

技术领域

本公开一般涉及航空勘测，并且具体地涉及森林的航空勘测。仍更具体地，本公开涉及用于通过航空勘测执行森林清查(inventory)的方法和设备。

背景技术

森林管理是包括许多不同方面的森林学的分支。这些方面可以包括管理森林的环境的、经济的、行政的、法律的和社会的方面。森林管理可以由各种技术例如木材采集、植树、重植树(replanting tree)、割出通过森林的道路和路径、防止森林火灾、维持森林健康和其他合适活动构成。

当针对森林管理执行这些和其他操作时，可期望收集关于森林的信息。例如，收集关于森林的信息提供分析森林状态以及鉴别可以执行的任务的能力。这些任务可以包括例如重植树、收割树、使森林稀疏从而改善生长、施加肥料、执行害虫灭除、生成潜在火情的警告、发动火灾风险减小活动、移除死木、减少森林地被物(forest floor undergrowth)、执行木材改善活动和其他合适操作中的至少一个。

在获得关于森林的信息时，航空勘测可以作为森林清查任务的部分执行从而鉴别关于森林的信息。森林清查任务可以是经配置鉴别关于森林的信息以便评估或分析的任务。该信息可以用来鉴别树种类、树高、树龄、树健康、森林边界和关于森林中树木的其他合适信息。例如，每英亩树木数可以通过森林清查任务鉴别。

另外，森林清查任务也可以用来鉴别关于森林内植被、野生生物或植被和野生生物二者的其它信息。森林清查任务也可以示出死亡或腐烂树木的存在。在此情况下，关于死亡或腐烂树木的信息可以指示害虫问题。此外，森林清查任务可以经配置鉴别森林边界。

航空勘测可以使用有人飞行器或无人飞行器中的至少一种执行。作为例子，无人飞行器可以在森林上方飞行从而为森林清查任务生成关于森林的信息。无人飞行器可以包括光检测与测距(LiDAR)系统和相机系统。光检测与测距系统可以用来以激光束的形式向森林发送光。

当前，飞行器由飞行员沿使得飞行器经过森林中不同位置的路线飞行。选择这些位置以使飞行器可以生成关于森林的全部或部分的信息。飞行器使用光检测与测距系统利用激光束扫描位置。光检测与测距系统通过测量光返回光检测与测距系统花费的时间，测量到森林中的点的距离。光检测与测距系统可以从这些测量生成关于森林中位置的信息。

对由光检测与测距系统检测的激光束的响应用来为森林生成点云(point cloud)。该点云可以用来生成信息，例如冠层高度、树冠体积估计、树密度和其他重要信息。

在执行这些类型的航空勘测时，成本是可以影响航空勘测何时和多久一次执行的一个因素。发送一个或更多飞行器从而为森林中不同位置生成点云的成本经常是显著的。为使得航空勘测的执行更经济，每当执行航空勘测时勘测大的面积。例如，当执行航空勘测时勘测约50,000或更多英亩从而为执行航空勘测减小每英亩的成本。

进一步地，航空勘测通常在高于地形的一些安全高度并在可以存在障碍物和云的周围执行。当障碍物存在时，无人飞行器可能需要在森林上方更高飞行。由于无人飞行器在受勘测区域上方的高度增加，因此由航空勘测生成的点云的密度可能减小。结果当执行航空勘测时，源自可以为森林搜集的信息的点云的清晰度水平可能不如期望的高。

进一步地，在这些较高高度，云层可以阻隔用来执行航空清查的激光。例如，云可以导致激光反射、折射或以其他方式引导远离待勘测的森林。当激光被反射或折射时，因为由光检测与测距系统检测到的响应可能是源自云而不是森林的响应，所以该响应可能是不准确的。结果，当执行航空勘测时，在森林的点云中的信息可能具有其中位置被云覆盖的间隙(gap)。

另外，由于实行森林清查任务的成本，因此经常仅在时间上以不规则间隔勘测森林是经济的。因此，在森林勘测之间经过长时期。例如由于人员限制、器材限制和航空勘测成本，因此森林可以仅在长时期例如四年之后勘测。因为云层所以在一次勘测期间错过的位置可能不在另一个四年重勘测。结果在对森林中具体位置的信息收集之间可能存在八年间隙。

当前，可减少由航空勘测生成的信息中的间隙的一个方式是通过仔细规划航空勘测。例如，通常仅在森林上方云层不存在或低于某个百分比时执行航空勘测。结果，选择云层不存在或充分低的时间从而获得期望量的信息可减少因为云层存在导致的所生成信息中的间隙的问题。如果天气状况导致云层改变从而具有覆盖多于期望的森林的云，则航空勘测可被重新安排到遮蔽森林的云层中的云在足够薄水平的另一时间，从而生成具有期望质量水平的信息。