專(zhuān)利名稱(chēng)：一種林木空間參數(shù)測(cè)量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量裝備技術(shù)領(lǐng)域，涉及林業(yè)上立木樹(shù)高及相臨空間參數(shù)的測(cè)量，具體涉及一種林木空間參數(shù)測(cè)量的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
立木高度測(cè)量是森林資源調(diào)查與經(jīng)營(yíng)管理中的一項(xiàng)最基本的工作和任務(wù)之一。小到測(cè)算一株立木的材積，大到調(diào)查林分、一片森林的蓄積量，都必須要測(cè)出立木的高度才可獲得。立木樹(shù)高測(cè)量時(shí)，對(duì)于比較低矮的樹(shù)木，可以直接用皮尺、測(cè)量花桿等直接測(cè)定其高度。然而大多數(shù)的林木(10米以上)都不可能用直接測(cè)定的方法測(cè)量，而只能借助一定的儀器或工具，采用一定的方法間接地測(cè)出立木的高度。間接測(cè)定立木樹(shù)高的方法有幾何學(xué)方法與三角學(xué)方法兩種。前者如克里斯頓(Christen)測(cè)高器和魏賽(Weise)測(cè)高器等。后者如勃魯萊斯(Blume-Leiss)測(cè)高器、哈格(Haga)測(cè)高器、手水準(zhǔn)等。
以上幾種測(cè)高器中，從精度、工效和操作使用方面衡量，首推勃魯萊斯測(cè)高器，所以目前林業(yè)調(diào)查及生產(chǎn)上普遍所使用的測(cè)量樹(shù)木(活立木)高度的測(cè)高器多是應(yīng)用普魯萊斯測(cè)高器原理制成，例如CGQ-1型直讀式測(cè)高器，BQL 9型測(cè)高器、S2C-110型測(cè)高器以及BQL-1型等測(cè)高器等。普魯萊斯測(cè)高器利用三角學(xué)的測(cè)算原理，通過(guò)機(jī)械測(cè)角，人工丈量一定長(zhǎng)度的水平距離(15m、20m、30m等)，從而讀算出樹(shù)高值。該儀器雖然構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕便，但精度不高，并且要求丈量一定水平距離，工作量大，比較麻煩，尤其在坡度陡、起伏大，植被茂密的山地，更是困難重重，甚至無(wú)法觀測(cè)。近年來(lái)，我國(guó)林業(yè)科學(xué)工作者對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)高器也作了許多研究和改進(jìn)，如遼寧撫順市林業(yè)局的不定距離測(cè)高器、河南省周口地區(qū)林業(yè)局劉中山研制的綜合測(cè)樹(shù)器，1992年徐州測(cè)高器廠生產(chǎn)了SRC-110型測(cè)高器，1995年山東林校研制了一種原新型測(cè)高器等。但終因儀器在結(jié)構(gòu)、性能，操作等方面的不足而未能得以普及應(yīng)用。就水平距離測(cè)量而言，林業(yè)上樣點(diǎn)引線定位、樹(shù)木距離判斷、樹(shù)高測(cè)量、面積測(cè)定等需要水平距離測(cè)定，傳統(tǒng)的方法是用皮尺直接丈量，但由于受地形、植被的影響，且皮尺直接丈量每次測(cè)距長(zhǎng)度有限，十分不便。如果采用先進(jìn)的紅外線、超聲波測(cè)距裝置如激光測(cè)距儀LBR系列、英柏斯手提激光測(cè)距儀系列、DISTO手持式激光測(cè)距儀以及超聲波測(cè)距儀等，但由于價(jià)格昂貴很難在林業(yè)系統(tǒng)普及與推廣。就高差、坡度測(cè)量而言，林業(yè)上地形測(cè)量，林區(qū)公路放坡選線測(cè)量，坡度與高差都是重要測(cè)量因子。目前使用的方法和裝置主要是經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀與羅盤(pán)儀。綜合上述，目前林業(yè)上還沒(méi)有一種同時(shí)測(cè)量樹(shù)高、水平距離、高差與坡度等林木綜合空間參數(shù)測(cè)量的方法及其裝置，不利于林業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)揮和經(jīng)濟(jì)成本的節(jié)約。為此，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究與實(shí)踐，開(kāi)發(fā)了一種能夠同時(shí)測(cè)量立木高度、水平距離、高差與坡度等空間參數(shù)的測(cè)量方法及其裝置，試驗(yàn)證明，應(yīng)用效果良好。
發(fā)明方案本發(fā)明的第一目的在于提供一種能夠同時(shí)測(cè)量立木高度、水平距離、高差與坡度的林木空間參數(shù)測(cè)量的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
本發(fā)明的第一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明方法為傾角測(cè)量法，其依次包括下列步驟A、在立木樹(shù)干上用標(biāo)尺確定基礎(chǔ)高H基和固定高H固。
B、在被測(cè)樹(shù)木的周?chē)我膺x定一點(diǎn)作為觀測(cè)點(diǎn)O。
C、在O點(diǎn)分別測(cè)量基礎(chǔ)高H基點(diǎn)、固定高H固點(diǎn)和樹(shù)頂H點(diǎn)的視線傾角θ基、θ固、θ傾。
D、根據(jù)三角原理基礎(chǔ)高與固定高間距ΔH＝H固-H基＝D(tgθ固-tgθ基)，所以水平距離D＝ΔH/(tgθ固-tgθ基)樹(shù)高H＝D(tgθ頂-tgθ基)+H基高差h＝Dtgθ基+H眼-H基(H眼為觀測(cè)者眼高) 由于林木的生長(zhǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，樹(shù)干的基部往往被雜草、灌木或其它障礙物遮擋，所以有些時(shí)候不易看到樹(shù)木的基部。為了避免看不到樹(shù)基部所帶來(lái)的測(cè)角誤差，可以將距離樹(shù)根部一定高度設(shè)為測(cè)量基礎(chǔ)高H基，即樹(shù)基部?jī)A角測(cè)量改為距離樹(shù)基部一定高度處(基礎(chǔ)高H基)傾角θ基的測(cè)量，樹(shù)高H等于計(jì)算結(jié)果再加上基礎(chǔ)高H基即可。
本發(fā)明的另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明裝置為框式結(jié)構(gòu)，包括前面板、后面板和上、下連接板。上下連接板分別連接前后面板的兩端。前面板設(shè)有觀測(cè)窗和十字瞄準(zhǔn)線；后面板設(shè)有物象觀測(cè)窗，觀察窗的側(cè)面設(shè)有刻度尺，活動(dòng)指標(biāo)線可以沿觀察窗上下滑動(dòng)；后面板上刻度尺的中心點(diǎn)(O點(diǎn))與前面板上十字瞄準(zhǔn)線中心平齊，刻度尺沿中心向上注記為正值，向下注記為負(fù)值；刻度尺左邊注記傾角值θ，右邊注記該傾角對(duì)應(yīng)的正切值tgθ。后面板的一側(cè)設(shè)有自由擺動(dòng)的鉛垂桿。
本發(fā)明方法謂之三點(diǎn)傾角測(cè)量法，顧名思議就是只需要測(cè)出三個(gè)觀察點(diǎn)的視線傾斜角度值，就可以得到水平距、樹(shù)高、高差、坡度等需要的樹(shù)木空間參數(shù)。因本發(fā)明方法不需要測(cè)量樹(shù)基部距離測(cè)點(diǎn)的距離，從而減少了測(cè)量誤差，提高了樹(shù)高的測(cè)量精度，同時(shí)可以多參數(shù)(樹(shù)高、水平距、高差、坡度)等同時(shí)測(cè)量，可謂一舉多得。所發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作使用方便，不僅測(cè)量精度高，而且易于推廣普及，便于攜帶，是森林調(diào)查的理想測(cè)量工具。


圖1為本發(fā)明之方法測(cè)量過(guò)程示意圖；圖2為本發(fā)明之裝置結(jié)構(gòu)立體視圖；圖3為圖2之后面板內(nèi)測(cè)刻度尺主視示意圖；圖4為圖2之后面板方向透視示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明方法依次包括下列步驟A、在立木樹(shù)干上用標(biāo)尺確定基礎(chǔ)高H基和固定高H固。
B、在被測(cè)樹(shù)木的周?chē)我膺x定一點(diǎn)作為觀測(cè)點(diǎn)O。
C、在O點(diǎn)分別測(cè)量基礎(chǔ)高H基點(diǎn)、固定高H固點(diǎn)和樹(shù)頂H點(diǎn)的視線傾角θ基、θ固、θ頂。
D、根據(jù)三角原理
基礎(chǔ)高與固定高間距ΔH＝H固-H基＝D(tgθ固-tgθ基)，所以水平距離D＝ΔH/(tgθ固-tgθ基)樹(shù)高H＝D(tgθ頂-tgθ基)+H基高差h＝Dtgθ基+H眼-H基(H眼為觀測(cè)者眼高) 為了測(cè)量上的方便，一般H基為0-1.0m，H固為1.5-2.5m。當(dāng)坡度平緩，視野開(kāi)闊，能看到樹(shù)基部時(shí)，H基定為0，可簡(jiǎn)化計(jì)算。
實(shí)施例1H基為0m，H固為1m。
根據(jù)三角原理ΔH＝H固-H基＝1＝D(tgθ固-tgθ基)，計(jì)算水平距離D＝1/(tgθ固-tgθ基)計(jì)算樹(shù)高H＝D(tgθ頂-tgθ基)＝(tgθ頂-tgθ基)/(tgθ固-tgθ基)計(jì)算高差h＝Dtgθ基+H眼＝tgθ基/(tgθ固-tgθ基)+H眼 實(shí)施例2H基為0.5m，H固為1.5m。
根據(jù)三角原理ΔH＝H固-H基＝1＝D(tgθ固-tgθ基)，計(jì)算水平距離D＝1/(tgθ固-tgθ基)計(jì)算樹(shù)高H＝D(tgθ頂-tgθ基)+H基＝(tgθ頂-tgθ基)/(tgθ固-tgθ基)+0.5m
計(jì)算高差h＝Dtgθ基+H眼-H基＝tgθ基/(tgθ固-tgθ基)+H眼-0.5m 實(shí)施例3H基為0.7m，H固為2.0m。
根據(jù)三角原理ΔH＝H固-H基＝1.3＝D(tgθ固-tgθ基)，計(jì)算水平距離D＝1.3/(tgθ固-tgθ基)計(jì)算樹(shù)高H＝D(tgθ頂-tgθ基)+H基＝1.3×(tgθ頂-tgθ基)/(tgθ固-tgθ基)+0.7m計(jì)算高差h＝Dtgθ基+H眼-H基＝1.3×tgθ基/(tgθ固-tgθ基)+H眼-0.5m 如圖2-4所示，本發(fā)明裝置為框式結(jié)構(gòu)，包括前面板1、后面板2和上、下連接板。上下連接板3、4分別連接前后面板1、2的兩端。前面板1設(shè)有觀測(cè)窗和十字瞄準(zhǔn)線3；后面板設(shè)有物象觀測(cè)窗4，觀察窗的側(cè)面設(shè)有刻度尺5，活動(dòng)指標(biāo)線6可以沿觀察窗上下滑動(dòng)；后面板2上刻度尺的中心點(diǎn)(零點(diǎn))與前面板上十字瞄準(zhǔn)線3中心平齊，沿中心向上注記為負(fù)值，向下注記為正值；后面板的一側(cè)設(shè)有自由擺動(dòng)的鉛垂桿7，鉛垂桿7的上部與后面板2的上沿活動(dòng)鉸接。
作為實(shí)施例，前后面板1、2之間的距離為10cm。
實(shí)測(cè)對(duì)比以樹(shù)高實(shí)驗(yàn)為例，用皮尺在某一建筑物一側(cè)墻壁上標(biāo)識(shí)出實(shí)際的幾個(gè)高度值作為真值代替一定樹(shù)高的真值，然后分別用勃魯萊斯測(cè)高方法和傾角法，測(cè)算幾個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的“樹(shù)高”值，測(cè)算結(jié)果如下表，其中，表1為本發(fā)明三點(diǎn)傾角法測(cè)量參數(shù)及樹(shù)高計(jì)算表，本發(fā)明方法可以多參數(shù)同時(shí)測(cè)量。表2為本發(fā)明三點(diǎn)傾角法與勃魯萊斯測(cè)高方法測(cè)量精度對(duì)比表，結(jié)果表明本發(fā)明方法的測(cè)量精度高于勃魯萊斯測(cè)高方法的測(cè)量精度。
表1 本發(fā)明三點(diǎn)傾角法測(cè)量參數(shù)及樹(shù)高計(jì)算表

表2勃魯萊斯測(cè)高方法與本發(fā)明三點(diǎn)傾角法測(cè)量精度對(duì)比表

本發(fā)明裝置的工作過(guò)程在樹(shù)干上用標(biāo)尺確定基礎(chǔ)高度H基和固定高度H固。在適當(dāng)位置選定一觀測(cè)點(diǎn)O，確定觀測(cè)者的眼睛高度H眼。手持本裝置，用鉛垂桿指示裝置處于水平位置(調(diào)整儀器角度，使鉛垂桿與面板側(cè)面平行以達(dá)到使裝置水平)。通過(guò)觀測(cè)窗和十字瞄準(zhǔn)線，用眼睛觀測(cè)樹(shù)木。調(diào)整指標(biāo)線，使得指標(biāo)線、十字瞄準(zhǔn)線中心與基礎(chǔ)高點(diǎn)H基三者為一線，讀取指標(biāo)線所指示θ值(θ基)，和相應(yīng)的正切值(tgθ基)讀數(shù)a(注意有正負(fù)之分)。以相同的方法，調(diào)節(jié)活動(dòng)指標(biāo)線，分別對(duì)準(zhǔn)固定高度點(diǎn)、樹(shù)頂點(diǎn)，讀取傾角值和正切值tgθ固、tgθ頂讀數(shù)b和c。然后，按上述方法計(jì)算水平距離D、樹(shù)高H、高差h、坡度i的值水平距離D＝ΔH/(tgθ固-tgθ基)＝ΔH/(b-a)樹(shù)高H＝D(tgθ頂-tgθ基)+H基＝D(c-a)+H基高差h＝Dtgθ基+H眼-H基＝D×a+H眼-H基 本發(fā)明裝置測(cè)定這些參數(shù)值同勃魯萊斯測(cè)高器及其它測(cè)高器一樣需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算才可獲得結(jié)果。一般計(jì)數(shù)器即可快速解決問(wèn)題。
本發(fā)明的特點(diǎn)與常規(guī)的勃魯萊斯測(cè)高方法相比較，具有以下特點(diǎn)1、不受地形變化的影響和限制，不需要進(jìn)行坡度改正，測(cè)點(diǎn)可靈活選擇。
2、無(wú)需丈量水平距離，減少了量距誤差，從而提高了測(cè)量的精度。
3、儀器裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕便，成本低。
4、可同時(shí)獲得水平距離D和樹(shù)高H和高差h、坡度i的結(jié)果，增加了儀器的功能和使用范圍。
5、本方法和裝置若配合應(yīng)用測(cè)角精度較高的角度傳感器，不但可提高測(cè)量精度，而且使得測(cè)量結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行數(shù)字化顯示和存儲(chǔ)，簡(jiǎn)化儀器裝置。從而使我國(guó)林業(yè)測(cè)量工具實(shí)現(xiàn)由機(jī)械化、低精度向數(shù)字化、自動(dòng)化和高精度的跨越式發(fā)展。
6、本方法若采用了角度傳感器和數(shù)字化顯示、存儲(chǔ)系統(tǒng)，還可快速測(cè)出傾角θ、坡度值i及高差、水平距離和任意物體高度等測(cè)量項(xiàng)目。這樣可使本方法和裝置廣泛用于公路工程測(cè)量的選線，其他工程項(xiàng)目的調(diào)查規(guī)劃、施工測(cè)量檢查等方面，具有廣闊的實(shí)用價(jià)值和前景。
與常規(guī)的克里斯屯測(cè)高方法相比較，具有以下特點(diǎn)1、克里斯屯測(cè)高方法測(cè)樹(shù)高也需要測(cè)三點(diǎn)，樹(shù)頂點(diǎn)、標(biāo)尺2米處，另外是樹(shù)基點(diǎn)。而本方法也測(cè)三點(diǎn)樹(shù)頂點(diǎn)、固定高點(diǎn)、基礎(chǔ)高點(diǎn)，特別強(qiáng)調(diào)的是基礎(chǔ)高點(diǎn)不一定是樹(shù)基點(diǎn)，而是選定的基礎(chǔ)高度點(diǎn)，這樣可減少因樹(shù)基凸凹不平誤差和雜灌木、地形影響樹(shù)基視線帶來(lái)的誤差。本方法基礎(chǔ)高度點(diǎn)選擇是發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)之一。
2、克里斯屯測(cè)高方法，站立點(diǎn)必須找到三點(diǎn)同時(shí)觀察的地點(diǎn)，而本方法測(cè)點(diǎn)可靈活選擇。
3、克里斯屯測(cè)高雖然也無(wú)需水平距離丈量，但裝置上只能測(cè)出樹(shù)高值，而本裝置不但不需水平距離丈量，還可同時(shí)測(cè)出水平距離、樹(shù)高以及高差和坡度值，功能多，操作簡(jiǎn)便。
權(quán)利要求
1.一種林木空間參數(shù)測(cè)量方法，依次包括下列步驟(1)在立木樹(shù)干上用標(biāo)尺確定基礎(chǔ)高H基和固定高H固。(2)任意選定一觀測(cè)點(diǎn)O。(3)在O點(diǎn)分別測(cè)量基礎(chǔ)高點(diǎn)H基，固定高點(diǎn)H固，和樹(shù)頂點(diǎn)的視線傾角θ基、θ固、θ頂。(4)根據(jù)三角原理基礎(chǔ)高與固定高間距ΔH＝H固-H基＝D(tgθ固-tgθ基)，所以水平距離D＝ΔH/(tgθ固-tgθ基)樹(shù)高H＝D(tgθ頂-Tgθ基)+H基高差h＝Dtgθ基+H眼-H基(H眼為觀測(cè)者眼高)坡度i=arctghD]]>
2.如權(quán)利要求1所述的林木空間參數(shù)測(cè)量方法，其特征是所述的基礎(chǔ)高度H基為0-1.0m，固定高度H固為1.5-2.5m。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1方法的裝置，其特征是為框式結(jié)構(gòu)，包括前面板(1)、后面板(2)和上、下連接板；上下連接板分別連接前后面板(1、2)的兩端。前面板(1)設(shè)有觀測(cè)窗和十字瞄準(zhǔn)線(3)；后面板設(shè)有物象觀測(cè)窗(4)，觀察窗的兩側(cè)設(shè)有刻度尺(5)，活動(dòng)指標(biāo)線(6)可以沿觀察窗上下滑動(dòng)；后面板(2)上刻度尺的中心點(diǎn)與前面板上十字瞄準(zhǔn)線(3)中心平齊，沿中心向上注記為負(fù)值，向下注記為正值；刻度尺左邊注記傾角值θ，右邊注記該傾角對(duì)應(yīng)的正切值；后面板的一側(cè)設(shè)有自由擺動(dòng)的鉛垂桿(7)，鉛垂桿(7)的上部與后面板(2)的上沿活動(dòng)鉸接。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是所述的前后面板(1、2)之間的距離為10cm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種林木空間參數(shù)測(cè)量方法及裝置，方法為A.在立木樹(shù)干上用標(biāo)尺確定基礎(chǔ)高H
文檔編號(hào)G01C3/22GK1699922SQ20051001086
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者鄢前飛, 李斌生, 習(xí)建國(guó), 董志昆, 王順民 申請(qǐng)人:云南林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院