大空間三維激光掃描系統(tǒng)在林業(yè)工程的應(yīng)用

FARO Laser Scanner LS大空間三維激光掃描系統(tǒng)在許多領(lǐng)域諸如采礦、工程、城市規(guī)劃、建筑 、鐵路等都有廣泛的應(yīng)用。工作原理是由一個(gè)激光發(fā)生器裝置發(fā)射激光到高速旋轉(zhuǎn)的鏡面上， 經(jīng)鏡面反射使激光發(fā)射到周?chē)h(huán)境的物體上，通過(guò)物體的反射，激光接收器接收反射回來(lái)的激 光，再根據(jù)在設(shè)備中的距離傳感器和編碼器角度的計(jì)算，從而獲得物體的空間三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 談及在中國(guó)的應(yīng)用，當(dāng)然不得不說(shuō)到它在河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究中的成功應(yīng)用。

河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院是現(xiàn)今河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)資質(zhì)最高的設(shè)計(jì)單位。其主要工作是負(fù)責(zé)全省的森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、林業(yè)項(xiàng)目前期的可研的編寫(xiě)以及后期驗(yàn)收等工作。

在工作中，得出一棵樹(shù)的體積是林業(yè)調(diào)查工作經(jīng)常遇到的問(wèn)題。解決這一問(wèn)題的數(shù)學(xué)方法是： 在樹(shù)木（林業(yè)上稱(chēng)樣木）的一米三處量其直徑（林業(yè)上稱(chēng)胸徑），然后將樹(shù)伐倒，按一米區(qū)分段分解全樹(shù)，每一段分別按臺(tái)體求積，最后相加得出全樹(shù)體積。采得大量樣本后，就可以得到一個(gè)胸徑對(duì)應(yīng)一個(gè)體積的一組數(shù)據(jù)。然后對(duì)胸徑與體積進(jìn)行回歸分析，最后得出胸徑與體積之間的關(guān)系方程。在以后測(cè)量過(guò)程中，只需量取一個(gè)胸徑尺寸就能知道該樹(shù)木有多大體積，在林業(yè)上稱(chēng)之為蓄積。

蓄積問(wèn)題是林業(yè)調(diào)查工作最重要的任務(wù)之一，它是描述林木的重要單位。1978年河北省采用立木伐倒求積的辦法編制出一套涉及五個(gè)樹(shù)種的蓄積表，在林業(yè)上稱(chēng)一元立木求積表，以供生產(chǎn)使用，該表一直沿用至今。但是在現(xiàn)今的生產(chǎn)中不斷發(fā)現(xiàn)該表誤差較大，不能滿(mǎn)足當(dāng)前的生產(chǎn)需要，于是推出一套新表的需求就迫在眉睫了。由于伐木求積需要耗費(fèi)大量財(cái)力物力，因此 ，立木求積一直成為林業(yè)方面要解決的難題！

FARO Laser Scanner LS大空間三維激光掃描系統(tǒng)給他們的研究應(yīng)用帶來(lái)了許多高效之處。它可在不到一分鐘時(shí)間內(nèi)掃描獲取周?chē)h(huán)境八百萬(wàn)個(gè)像素，比同類(lèi)型三維激光掃描儀速度快一百倍，減少了現(xiàn)場(chǎng)捕捉數(shù)據(jù)所需時(shí)間，提高了工作效率和數(shù)據(jù)采集的收益性。

河北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院在新技術(shù)的革新應(yīng)用方面一直走在全國(guó)的同行業(yè)的前列。2005年11月該院購(gòu)置了一臺(tái)FARO Laser Scanner LS大空間三維激光掃描儀，由該院資源監(jiān)測(cè)室主任史軍海具體負(fù)責(zé)使用。經(jīng)過(guò)較短時(shí)間的培訓(xùn)，用戶(hù)很快掌握了機(jī)器的使用，并且，由自己開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的分析軟件，成功地解決了立木求積的科學(xué)難題。

首先，在野外定好測(cè)量點(diǎn)后，用三角架架起Laser Scanner LS，開(kāi)始進(jìn)行激光掃描以獲取精確的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而精確地計(jì)算出樹(shù)木各段枝干直徑的大小，無(wú)需通過(guò)砍伐樹(shù)木來(lái)獲取數(shù)據(jù)。

其次，一次掃描可以獲取多棵樹(shù)木數(shù)據(jù)，從而可以精確地計(jì)算出每一棵樹(shù)每一枝干直徑的大小，不再需要用類(lèi)似計(jì)算的方法來(lái)統(tǒng)計(jì)整個(gè)樹(shù)木的體積，大大地提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。再者，人員不再需要長(zhǎng)時(shí)間待在野外測(cè)量，只需花不到5分鐘的時(shí)間就可以獲取150米范圍內(nèi)的樹(shù)木的數(shù)據(jù)。

經(jīng)過(guò)近半年的售后跟蹤，該院資源監(jiān)測(cè)室主任史軍?？偨Y(jié)了一下使用Laser Scanner LS的特點(diǎn)：

1 速度快：在不到一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)：在河北的五市、區(qū)采得樣本樹(shù)三千余株，使得到的方程更加具有廣譜性、區(qū)域代表性。
2 精度高：與實(shí)際測(cè)量得到的數(shù)據(jù)相差不到二毫米。
3 運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定：機(jī)器經(jīng)歷了河北野外的嚴(yán)冬、春天的風(fēng)沙，穩(wěn)定運(yùn)行近2000次，未出現(xiàn)任何故障。
4 減輕了測(cè)量工作量：按傳統(tǒng)方法一棵樹(shù)需要四人一天的工作，而現(xiàn)在兩個(gè)人不到一個(gè)月就采得樣木三千余株。

史軍海主任評(píng)價(jià)此方法：在與全國(guó)同行業(yè)的交流后，被大家一致認(rèn)為是逸今為止最先進(jìn)的測(cè)樹(shù)方法。他表示，今后還會(huì)推薦FARO Laser Scanner給更多業(yè)內(nèi)的同行，分享高科技帶來(lái)的成果。(end)