森林精准观测装备与技术

一、专业评审组林业二、项目名称森林精准观测装备与技术三、推荐单位国家林业局四、推荐单位意见北京林业大学冯仲科主持的“森林精准观测装备与技术”项目，自2008年开始，依托国家863计划等课题，由南京森林警察学院等单位合作，以森林资源的数量、质量、空间分布、动态变化为研究对象。自主研发了森林样地观测无人机、摄影全站仪、MINI超站仪、手机平板测树仪观测装备与软件；发明了5-9棵树微多边形法、双目相机、CCD角定点控制抽样林分测定技术、立木无损树干自动解析技术；研究了国产ZY-3卫星遥感及无人机立体像对反演森林蓄积量、生物量、碳储量模型；研建了内外业一体化森林经理平台，实现了森林资源一类/二类/三类调查信息化和自动化，内业实现自动批量处理，提高了劳动生产率。推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。五、项目简介项目由863计划、北京市自然基金及企业创新基金等资助，以森林经理学、林业装备与信息化、森林生态学为技术基础，以森林资源与生态环境的数量、质量、空间分布及其动态变化为研究内容，围绕森林数表模型研建、森林精准规划与设计、森林观测装备及技术研发、森林经营模型与作业等难题展开创新性研究，发明了无人机森林观测系统、CCD测树全站仪、MINI测树全站/超站仪、手机/平板/GNSS森林调查测计算系统等硬件产品，成为面向林业，天地空实时动态自动解决森林面积、蓄积、生长量及动态变化的先进技术。以3S技术为基础基于造林费用、覆盖率递增、农田数量排放平衡等4大约束条件的林地精准规划与设计模型，附加区域木材消费、林副产品消费及森林空间效应的树种设计模型，以冠径自然竞争的人工用材林最佳轮伐期及以M/B/C最大为目标函数的天然林最佳密度、混交度、龄级（径阶）、分布模型，实现天然林经营什么条件下择伐，最佳择伐比例与径阶技术方法；发明以梯形1:10万/1:1万和正方形1：2千覆盖全球、中国、北京的植被、土壤、地形地势、气象气候等模型数据库，研建中国180个主要树种的二元及涵盖31个省市自治区的一元材积、生物量、碳汇模型，发明基于光谱、地形、纹理的森林航天遥感、无人机航空摄影、地面摄影精测、3D角规测树、5棵树法测树模型，实现森林数表、森林观测、森林经营、森林设计自动化，集成森林经理内外业一体化FIM5.labV1.0,成为国内森林资源经营管理主导平台。项目实现了无人机倾斜摄影观测固定样地树高误差5%，胸径误差3mm，林木定位精度10cm，CCD全站立木精测高/径误差1mm,材积误差1-3%，代替伐倒木。MINI超站仪/全站仪测径/测高误差2mm/15mm。系统集成化程度高，整体上达到了国外同类单功能产品的最好水平。产品及软件平台性价比最优，是国内外同类单项集成后产品价格的1/3，2013年-2015年，在林业、园林、电力、测绘等行业推广硬件及软件产品产值达1.67亿元。本项目的研发与推广，促进了林业科技创新与进步，项目所研发的森林观测装备与配套的森林精准经营与作业方法及平台在我国林业部门得到了应用。发表SCI、EI、CSCD收录论文50余篇。培养硕士30余人，博士15人，申报专利52项，其中授权发明专利8项，外观设计专利1项，实用新型专利1项，软件著作权50余件。六、客观评价国家高新技术研究发展计划（863计划）课题验收结论书中指出“课题完成了超站仪高精度角度测量的核心部件竖轴，采用密珠轴系，在测角传感器绝对编码度盘的制作和四路CCD探测技术的电路制作的基础上，实现了高精度测角技术及自动补偿技术；采用5频率相位式测量，以及频谱分析法测相，实现了超站仪高精度测距，研制了原理样机和超站仪样机。验收专家组认为，该课题基本达到了合同要求的主要目标与主要指标，为我国高精度超站仪产业化奠定了良好的技术基础。华南国家计量检测中心广东省计量科学研究院鉴定报告书中指出项目所研制的NTS-391R10全站仪质量为级合格。七、应用推广本项目促进了林业科技创新，摄影全站仪、MINI摄影测树仪、森林资源调查手机记录系统和平板电脑测记系统已经在我国林业调查、规划设计、林场、各级林业专业院校应用，取得了很好的效果，森林精准经营与作业方法也在各大林区逐步推广。本项目减少了森林资源人力物力的投入，提高了森林调查效率，取得了显著的经济效益和社会效益。八、主要知识产权目录发明专利：（1）一种基于电子经纬仪和全站仪的森林计测方法，专利号ZL8.3授权公告日：2015.2.4 专利证书号: 第号发明人：冯仲科、邓欧、刘德庆、姚山、闫飞专利权人：北京林业大学专利状态：有效（2）一种以全站仪为工具的林地样木复位方法，专利号ZL2.5授权公告日：2015.9.30专利证书号：第号发明人：冯仲科、杨伯钢、闫飞、高原专利权人：北京林业大学专利状态：有效（3）一种角规测量测森林小班蓄积及生物量的精准推估方法，专利号ZL6.5授权公告日：2015.11.25专利证书号：第号发明人：冯仲科、徐伟恒、焦有权、高原专利权人：北京林业大学专利状态：有效（4）一种基于高程等值线法量测树冠体积的方法，专利号ZL5.4授权公告日：2013.6.12专利证书号：第号发明人：冯仲科、何诚、姚山、刘德庆专利权人：北京林业大学专利状态：有效（5）一种基于无人机航空摄影监测土壤侵蚀的方法，专利号ZL4.3授权公告日：2015.8.5专利证书号:第号发明人：冯仲科、吴斌、仇琪、高原、何诚专利权人：北京林业大学专利状态：有效（6）一种利用GPS RTK实现不可到达点二维定位技术专利号：ZL5.7授权公告日：2013.3.13专利证书号：第号发明人：冯仲科、姚山、刘德庆专利权人：北京林业大学专利状态：有效（7）一种基于全站仪角距差分的定位变形监测技术专利号：ZL8.1授权公告日：2013.3.20专利证书号：第号发明人：冯仲科、王春博、吴斌、姚山、刘德庆专利权人：北京林业大学专利状态：有效（8）森林郁闭度测定方法 专利号：ZL7.5授权公告日：2015.11.11 专利证书号：第号 发明人：何诚、张思玉、曹冬梅 专利权人：南京森林警察学院专利状态：有效实用新型专利：（9）一种光电测距仪周期误差自动检定系统 专利号：ZL2.0授权公告日：2011.7.20 专利证书号：第号 发明人：张序、王爱华、刘彤、薛彩霞 专利权人：苏州科技学院 专利状态：有效外观设计专利：（10）手持式数字化多功能电子测树枪 专利号：ZL4.8 授权公告日：2015.8.5 专利设计人：冯仲科、邱梓轩 专利权利人：北京环球森林科技有限公司 证书号：第号 专利状态：有效九、主要完成人情况姓名：冯仲科，排名：1，行政职务：无，技术职称：教授，工作单位：北京林业大学，完成单位：北京林业大学，对本项目技术创造性贡献：项目组总负责人，全面协调项目的进行。负责项目总体方案设计，技术方案决策与组织实施。提出项目研究所需解决的关键技术，全面掌握项目实施动态，及时指导改进研究工作。负责森林观测装备的设计、样机生产，负责森林经理内外业一体化平台FIM5.labV1.0的建立。姓名：何诚，排名：2，行政职务：无，技术职称：讲师，工作单位：南京森林警察学院，完成单位：南京森林警察学院，对本项目技术创造性贡献：负责项目中的遥感测定林分面积、郁闭度等试验以及遥感反演林分参数。姓名：闫飞，排名：3，行政职务：无，技术职称：讲师，工作单位：北京林业大学，完成单位：北京林业大学，对本项目技术创造性贡献：参与了整个项目的技术方案总体设计、决策与组织实施，其中，在无人机森林观测系统、CCD测树全站仪、MINI测树全站/超站仪、手机/平板/GNSS森林调查测计算系统等硬件产品的研发和精度检验项目，以梯形1:10万/1:1万和正方形1：2千覆盖全球的植被、土壤、地形、气候条件等模型数据库制备项目，中国一元材积模型研建项目、3D角规测树和5棵树法测树模型项目中作出了突出的贡献，完成了两项相关专利的设计、实验并最终获得授权。姓名：岳德鹏，排名：4，行政职务：地信教研室主任，技术职称：教授，工作单位：北京林业大学，完成单位：北京林业大学，对本项目技术创造性贡献：负责项目中的手持式测树全站仪的研制与测试。姓名：张序，排名：5，行政职务：副院长，技术职称：教授，工作单位：苏州科技学院，完成单位：苏州科技学院，对本项目技术创造性贡献：主要参与完成了无人机协同超站仪精准测树与林业GIS平台研建和CCD测树全站仪、MINI测树全站/超站仪、手机/平板/GNSS森林调查测计算系统等硬件产品测试工作。对项目的主要技术发明点，做出了创造性贡献，投入该项目技术研究工作量占本人的量的70%，以第一发明人获得“一种光电测距仪周期误差自动检定系统”新型实用专利权，以第一著作权人获得“光电测距仪周期误差自动检定系统V1.0”软件著作权。姓名：杜鹏志，排名：6，行政职务：副院长，技术职称：教授级高工，工作单位：北京市林业勘察设计院，完成单位：北京市林业勘察设计院，对本项目技术创造性贡献：主要负责立木精测试验方案制定，立木精测模型建立与精度验证。完成人合作关系说明：冯仲科：项目组总负责人，全面协调项目的进行。负责项目总体方案设计，技术方案决策与组织实施。提出项目研究所需解决的关键技术，全面掌握项目实施动态，及时指导改进研究工作。负责森林观测装备的设计、样机生产，负责森林经