森林精準觀測裝備與技術

1、、專業(yè)評審組林業(yè)二、項目名稱森林精準觀測裝備與技術三、推薦單位國家林業(yè)局四、推薦單位意見北京林業(yè)大學馮仲科主持的“森林精準觀測裝備與技術”項目，自 2008 年開始，依托 國家 863 計劃等課題，由南京森林警察學院等單位合作，以森林資源的數(shù)量、質量、空間分布、動態(tài)變化為研究對象。自主研發(fā)了森林樣地觀測無人機、攝影全站儀、 MINI 超站儀、 手機平板測樹儀觀測裝備與軟件；發(fā)明了 5-9 棵樹微多邊形法、雙目相機、 CCD 角定點控 制抽樣林分測定技術、立木無損樹干自動解析技術；研究了國產(chǎn) ZY-3 衛(wèi)星遙感及無人機立 體像對反演森林蓄積量、 生物量、碳儲量模型；研建了內(nèi)外業(yè)一體化森林經(jīng)理平臺

2、，實現(xiàn)了 森林資源一類 /二類 /三類調(diào)查信息化和自動化， 內(nèi)業(yè)實現(xiàn)自動批量處理， 提高了勞動生產(chǎn)率。推薦該項目為國家技術發(fā)明獎 二 等獎。五、項目簡介項目由 863 計劃、 北京市自然基金及企業(yè)創(chuàng)新基金等資助， 以森林經(jīng)理學、 林業(yè)裝備與 信息化、森林生態(tài)學為技術基礎，以森林資源與生態(tài)環(huán)境的數(shù)量、 質量、空間分布及其動態(tài) 變化為研究內(nèi)容， 圍繞森林數(shù)表模型研建、 森林精準規(guī)劃與設計、 森林觀測裝備及技術研發(fā)、 森林經(jīng)營模型與作業(yè)等難題展開創(chuàng)新性研究，發(fā)明了無人機森林觀測系統(tǒng)、 CCD 測樹全站 儀、 MINI 測樹全站 /超站儀、手機 /平板 /GNSS 森林調(diào)查測計算系統(tǒng)等硬件產(chǎn)品，成為面

3、向 林業(yè)，天地空實時動態(tài)自動解決森林面積、蓄積、生長量及動態(tài)變化的先進技術。以3S 技術為基礎基于造林費用、 覆蓋率遞增、 農(nóng)田數(shù)量排放平衡等 4 大約束條件的林地精準規(guī)劃與 設計模型， 附加區(qū)域木材消費、 林副產(chǎn)品消費及森林空間效應的樹種設計模型， 以冠徑自然 競爭的人工用材林最佳輪伐期及以M/B/ C 最大為目標函數(shù)的天然林最佳密度、混交度、齡級（徑階） 、分布模型，實現(xiàn)天然林經(jīng)營什么條件下?lián)穹ィ罴褤穹ケ壤c徑階技術 方法；發(fā)明以梯形 1:10 萬/1:1 萬和正方形 1：2 千覆蓋全球、中國、北京的植被、土壤、地 形地勢、氣象氣候等模型數(shù)據(jù)庫，研建中國 180 個主要樹種的二元及涵蓋

4、31 個省市自治區(qū) 的一元材積、生物量、碳匯模型，發(fā)明基于光譜、地形、紋理的森林航天遙感、無人機航空 攝影、地面攝影精測、 3D 角規(guī)測樹、 5 棵樹法測樹模型，實現(xiàn)森林數(shù)表、森林觀測、森林 經(jīng)營、森林設計自動化，集成森林經(jīng)理內(nèi)外業(yè)一體化FIM 5.labV1.0, 成為國內(nèi)森林資源經(jīng)營管理主導平臺。項目實現(xiàn)了無人機傾斜攝影觀測固定樣地樹高誤差 5%，胸徑誤差 3mm ，林木定位精度 10cm， CCD 全站立木精測高 /徑誤差 1mm,材積誤差 1-3% ，代替伐倒木。 MINI 超站儀 /全站 儀測徑 /測高誤差 2mm/15mm 。系統(tǒng)集成化程度高，整體上達到了國外同類單功能產(chǎn)品的最 好

5、水平。產(chǎn)品及軟件平臺性價比最優(yōu)， 是國內(nèi)外同類單項集成后產(chǎn)品價格的 1/3，2013 年 -2015 年，在林業(yè)、園林、電力、測繪等行業(yè)推廣硬件及軟件產(chǎn)品產(chǎn)值達 1.67 億元。本項目的研發(fā)與推廣， 促進了林業(yè)科技創(chuàng)新與進步， 項目所研發(fā)的森林觀測裝備與配套 的森林精準經(jīng)營與作業(yè)方法及平臺在我國林業(yè)部門得到了應用。發(fā)表SCI、 EI 、CSCD 收錄論文 50余篇。培養(yǎng)碩士 30余人，博士 15人，申報專利 52 項，其中授權發(fā)明專利 8 項，外 觀設計專利 1 項，實用新型專利 1 項，軟件著作權 50 余件。六、客觀評價 國家高新技術研究發(fā)展計劃（ 863 計劃）課題驗收結論書中指出“課題

6、完成了超站儀高 精度角度測量的核心部件豎軸，采用密珠軸系，在測角傳感器絕對編碼度盤的制作和四路 CCD 探測技術的電路制作的基礎上，實現(xiàn)了高精度測角技術及自動補償技術；采用 5 頻率 相位式測量， 以及頻譜分析法測相， 實現(xiàn)了超站儀高精度測距， 研制了原理樣機和超站儀樣 機。驗收專家組認為， 該課題基本達到了合同要求的主要目標與主要指標， 為我國高精度超 站儀產(chǎn)業(yè)化奠定了良好的技術基礎。華南國家計量檢測中心廣東省計量科學研究院鑒定報告書中指出項目所研制的NTS-391R10 全站儀質量為級合格。七、應用推廣本項目促進了林業(yè)科技創(chuàng)新，攝影全站儀、 MINI 攝影測樹儀、森林資源調(diào)查手機記錄 系統(tǒng)

7、和平板電腦測記系統(tǒng)已經(jīng)在我國林業(yè)調(diào)查、規(guī)劃設計、林場、各級林業(yè)專業(yè)院校應用， 取得了很好的效果， 森林精準經(jīng)營與作業(yè)方法也在各大林區(qū)逐步推廣。 本項目減少了森林資 源人力物力的投入，提高了森林調(diào)查效率，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。八、主要知識產(chǎn)權目錄發(fā)明專利：（ 1）一種基于電子經(jīng)緯儀和全站儀的森林計測方法，專利號 ZL201110164568.3 授權公告日： 2015.2.4 專利證書號 : 第 1578864 號發(fā)明人：馮仲科、鄧歐、劉德慶、姚山、閆飛專 利權人：北京林業(yè)大學專利狀態(tài)：有效（ 2）一種以全站儀為工具的林地樣木復位方法， 專利號 ZL201310054522.5 授權公

8、告日： 2015.9.30 專利證書號：第 1804846 號發(fā)明人：馮仲科、楊伯鋼、閆飛、高原專利權人：北 京林業(yè)大學專利狀態(tài)：有效（3）一種角規(guī)測量測森林小班蓄積及生物量的精準推估方法，專利號 ZL201310122016.5 授權公告日： 2015.11.25 專利證書號：第 1850274 號發(fā)明人：馮仲科、徐 偉恒、焦有權、高原專利權人：北京林業(yè)大學專利狀態(tài)：有效（ 4）一種基于高程等值線法量測樹冠體積的方法，專利號 ZL201110164615.4 授權公告日： 2013.6.12專利證書號：第 1213780 號發(fā)明人：馮仲科、何誠、姚山、劉德慶專利權人： 北京林業(yè)大學專利狀態(tài)：

9、有效（ 5）一種基于無人機航空攝影監(jiān)測土壤侵蝕的方法，專利號 ZL201210121144.3 授權公告日： 2015.8.5 專利證書號 :第 1745870 號發(fā)明人：馮仲科、吳斌、仇琪、高原、何誠專利權 人：北京林業(yè)大學專利狀態(tài)：有效（ 6）一種利用 GPS RTK 實現(xiàn)不可到達點二維定位技術專利號： ZL201010119335.7 授 權公告日： 2013.3.13 專利證書號：第 1150910 號發(fā)明人：馮仲科、姚山、劉德慶專利權人： 北京林業(yè)大學專利狀態(tài)：有效（ 7）一種基于全站儀角距差分的定位變形監(jiān)測技術專利號：ZL201110164628.1 授權公告日： 2013.3.2

10、0 專利證書號：第 1156549 號發(fā)明人：馮仲科、王春博、吳斌、姚山、劉德 慶專利權人：北京林業(yè)大學專利狀態(tài)：有效（ 8）森林郁閉度測定方法 專利號： ZL201410161507.5 授權公告日： 2015.11.11 專利 證書號：第 1837787 號 發(fā)明人：何誠、張思玉、曹冬梅 專利權人：南京森林警察學院專利 狀態(tài)：有效實用新型專利：（ 9）一種光電測距儀周期誤差自動檢定系統(tǒng)專利號： ZL201020619282.0 授權公告日：2011.7.20 專利證書號：第 1861916 號 發(fā)明人：張序、王愛華、劉彤、薛彩霞 專利權人： 蘇州科技學院 專利狀態(tài)：有效外觀設計專利：（ 1

11、0 ）手持式數(shù)字化多功能電子測樹槍專利號： ZL201430551664.8 授權公告日：2015.8.5 專利設計人：馮仲科、邱梓軒 專利權利人：北京環(huán)球森林科技有限公司 證書號： 第 3326214 號 專利狀態(tài)：有效九、主要完成人情況姓名：馮仲科，排名： 1，行政職務：無，技術職稱：教授，工作單位：北京林業(yè)大學， 完成單位： 北京林業(yè)大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：項目組總負責人，全面協(xié)調(diào)項目的進 行。負責項目總體方案設計， 技術方案決策與組織實施。 提出項目研究所需解決的關鍵技術， 全面掌握項目實施動態(tài)， 及時指導改進研究工作。 負責森林觀測裝備的設計、樣機生產(chǎn)，負 責森林經(jīng)理內(nèi)外業(yè)一體

12、化平臺 FIM5.labV1.0 的建立。姓名：何誠，排名： 2，行政職務：無，技術職稱：講師，工作單位：南京森林警察學 院，完成單位： 南京森林警察學院， 對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：負責項目中的遙感測定林分 面積、郁閉度等試驗以及遙感反演林分參數(shù)。姓名：閆飛，排名： 3，行政職務：無，技術職稱：講師，工作單位：北京林業(yè)大學， 完成單位： 北京林業(yè)大學， 對本項目技術創(chuàng)造性貢獻： 參與了整個項目的技術方案總體設計、 決策與組織實施，其中，在無人機森林觀測系統(tǒng)、 CCD 測樹全站儀、 MINI 測樹全站 /超站 儀、手機 /平板 /GNSS 森林調(diào)查測計算系統(tǒng)等硬件產(chǎn)品的研發(fā)和精度檢驗項目，以梯形

13、1:10萬/1:1 萬和正方形 1：2 千覆蓋全球的植被、土壤、地形、氣候條件等模型數(shù)據(jù)庫制備項目， 中國一元材積模型研建項目、 3D 角規(guī)測樹和 5 棵樹法測樹模型項目中作出了突出的貢獻， 完成了兩項相關專利的設計、實驗并最終獲得授權。姓名：岳德鵬，排名： 4，行政職務：地信教研室主任，技術職稱：教授，工作單位： 北京林業(yè)大學， 完成單位：北京林業(yè)大學，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻： 負責項目中的手持式 測樹全站儀的研制與測試。姓名：張序，排名： 5，行政職務：副院長，技術職稱：教授，工作單位：蘇州科技學 院，完成單位： 蘇州科技學院， 對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：主要參與完成了無人機協(xié)同超站 儀精準

14、測樹與林業(yè) GIS 平臺研建和 CCD 測樹全站儀、 MINI 測樹全站 /超站儀、手機 /平板 /GNSS 森林調(diào)查測計算系統(tǒng)等硬件產(chǎn)品測試工作。對項目的主要技術發(fā)明點，做出了創(chuàng)造 性貢獻，投入該項目技術研究工作量占本人的量的70%，以第一發(fā)明人獲得“一種光電測 距儀周期誤差自動檢定系統(tǒng)” 新型實用專利權， 以第一著作權人獲得 “光電測距儀周期誤差 自動檢定系統(tǒng) V1.0 ”軟件著作權。姓名：杜鵬志，排名： 6，行政職務：副院長，技術職稱：教授級高工，工作單位：北 京市林業(yè)勘察設計院，完成單位：北京市林業(yè)勘察設計院，對本項目技術創(chuàng)造性貢獻： 主要 負責立木精測試驗方案制定，立木精測模型建立與精度驗證。完成人合作關系說明： 馮仲科：項目組總負責人，全面協(xié)調(diào)項目的進行。 負責項目總體方案設計， 技術方案決 策與組織實施。 提出項目研究所需解決的關鍵技術， 全面掌握項目實施動態(tài)， 及時指導改進 研究工作。負責森林觀測裝