專利名稱:一種便攜式的喬木樹高及其相對坐標(biāo)測量儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型組成包括：檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、超聲波測距模塊、存儲(chǔ)器模塊、藍(lán)牙模塊、顯示及鍵盤輸入模塊、GPS定位模塊、電源模塊。超聲波測距模塊的輸出端口與數(shù)據(jù)處理模塊的第一輸入端口相連，GPS定位模塊的輸出端口與數(shù)據(jù)處理模塊的第二輸入端口相連，存儲(chǔ)器模塊與數(shù)據(jù)處理模塊及通信模塊相連接。數(shù)據(jù)處理模塊包括中央處理器和A/D轉(zhuǎn)換器，其中A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端口與檢測模塊相連，輸出端口與中央處理器相連接；藍(lán)牙模塊與中央處理器模塊相連。本儀器采用一種新的樹高算法，不需要測量觀察者到喬木之間的水平距離，攜帶方便，還可以獲得喬木的相對坐標(biāo)值。
【專利說明】一種便攜式的喬木樹高及其相對坐標(biāo)測量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測量儀器，具體涉及一種樹木高度及其相對坐標(biāo)的便攜式測量儀。

【背景技術(shù)】
[0002]樹木高度及其坐標(biāo)的測定是林業(yè)生產(chǎn)和森林資源調(diào)查中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在生物量測定研究中至關(guān)重要。其中樹高是評定立地質(zhì)量和樹木生長狀況以及劃分林木分層的重要依據(jù)。其相對坐標(biāo)亦是生態(tài)調(diào)查中不可缺少的部分，它是空間生態(tài)學(xué)必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0003]現(xiàn)階段，國內(nèi)外對樹高的測量方法主要有:機(jī)械式儀器測樹高，經(jīng)緯儀、全站儀測樹高、激光式儀器測樹高以及攝影技術(shù)法測樹高。機(jī)械式儀器測樹高屬于傳統(tǒng)的方法，這類儀器的優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格低廉，使用方便，但其精度較低、操作效率低下，功能單一，并且對采集的數(shù)據(jù)處理較麻煩。在電子化、信息化的今天，該類測量儀器體現(xiàn)了傳統(tǒng)林業(yè)信息采集手段的落伍性、滯后性與粗放性。
[0004]電子經(jīng)緯儀、全站儀這些儀器測樹高雖然節(jié)省了時(shí)間、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了功效和精度，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸和測算，但是這類儀器存在著攜帶困難、操作繁瑣、使用復(fù)雜，對專業(yè)的知識(shí)需求較高，并且林區(qū)道路崎嶇不平，對全站儀的擺放和調(diào)平也帶來了一些問題。因此在森林調(diào)查工作中，能方便攜帶和操作的測高儀器越來越突顯其重要性。
[0005]目前廣泛使用的便攜式測高儀器根據(jù)原理的不同可以分為以下幾種:機(jī)械式、超聲波式以及激光式。這三種測高儀器的共同特點(diǎn)就是只能精準(zhǔn)測量平地或者坡度很小的地面上的物體的高度，因?yàn)榇朔N測高儀器普遍采用三角法測樹高，而此方法在測量過程中，往往要首先測量觀察者與樹木之間的水平距離，而大多數(shù)森林測量作業(yè)都是在崎嶇不平的山路或坡面上進(jìn)行的，測得斜距后在換算為水平距，再根據(jù)公式算出樹高值，其換算工作繁瑣且精度不高，故測量所得的樹高值不太準(zhǔn)確。
[0006]而且這類測高儀器一般只能實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前樹木高度的測量，不能測量其相對參考點(diǎn)的相對坐標(biāo)。但是在林業(yè)調(diào)查工作中，出于對樹木維護(hù)的需要，管理者往往要知道樹木的位置信息，因此這些測高儀器不滿足當(dāng)代林業(yè)調(diào)查工作的需要。
[0007]由以上可知，在現(xiàn)有的便攜式測高儀器中，還不存在既能對樹木高度的精準(zhǔn)測量，又能測量樹木的相對坐標(biāo)的測高儀器，如果能提供這樣的儀器，將會(huì)在林業(yè)工作中有非常大的實(shí)用價(jià)值。
[0008]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、重量輕、成本低廉、方便攜帶、容易操作的測量儀器，并且該儀器既能實(shí)現(xiàn)對樹高測量，又能對樹木的相對坐標(biāo)測量。
[0010]為了解決上述的技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0011]所提供的用于樹木高度測量的測高儀器包括:傾角傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、超聲波測距模塊、存儲(chǔ)器模塊、藍(lán)牙、顯示及鍵盤輸入模塊、GPS定位模塊、電源模塊；所述的超聲波測距模塊的輸出端口與數(shù)據(jù)處理模塊的第一輸入端口相連；所述的GPS定位模塊的輸出端口與數(shù)據(jù)處理模塊的第二輸入端口相連，所述的存儲(chǔ)器模塊的輸入端口與數(shù)據(jù)處理模塊的輸出模塊相連；所述的鍵盤輸入模塊的輸出端口、顯示模塊的輸入端口、藍(lán)牙模塊分別與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入/輸出模塊相連接。其中數(shù)據(jù)處理模塊包括中央處理器、A/D轉(zhuǎn)換器；A/D器的輸入端口與傾角傳感器相連接，輸出端口與中央處理器相連接。
[0012]儀器工作原理:當(dāng)測量樹高時(shí)，首先由傾角傳感器依次測得A點(diǎn)到樹根和樹冠的傾角；然后將測得的數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊送入中央處理器進(jìn)行處理；其次由傾角傳感器依次測得B點(diǎn)到樹根和樹冠的傾角，同時(shí)超聲波測距模塊測得A點(diǎn)到B點(diǎn)的上升距離；再次將測得的數(shù)據(jù)通過A/D模塊送入中央處理器進(jìn)行處理，中央處理器將測得的所有數(shù)據(jù)按照一定的算法求得樹高值；最后將計(jì)算得出的樹高值一方面在液晶顯示屏上顯示，另一方面在存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)。當(dāng)使用者想把有用數(shù)據(jù)傳給外部設(shè)備時(shí)，可以選擇使用藍(lán)牙模塊。當(dāng)測量樹木坐標(biāo)時(shí)，首先由GPS模塊獲得樹木的絕對坐標(biāo)值；然后將所測的值送入中央處理器進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為樹木的在樣地的相對坐標(biāo)值，最后將其值顯示，并存儲(chǔ)起來，也可以通過藍(lán)牙模塊將有用數(shù)據(jù)送給外部設(shè)備。
[0013]本發(fā)明的特點(diǎn)在于:
[0014]1.本實(shí)用新型采用一種全新的樹高算法，在用于樹木的高度測量時(shí)不需要測量觀察者與樹木之間的水平距離，提高了樹木高度的精準(zhǔn)測量能力。
[0015]2.本實(shí)用新型儀器滿足了用戶在測量過程中自動(dòng)存儲(chǔ)的要求，同時(shí)還配有藍(lán)牙模塊，用戶在測量后可以將被測物體的一些重要數(shù)據(jù)上傳到隨身攜帶的設(shè)備中，方便用戶的信息管理。
[0016]3.本實(shí)用新型電源模塊選用可充電式鋰電池作為供電電源，能夠滿足用戶防塵、防水及較長使用時(shí)間的要求，同時(shí)為了適應(yīng)野外檢測環(huán)境，電源要求大，續(xù)航能力強(qiáng)等，可選用太陽能電極板作為備用的電池。
[0017]4.本實(shí)用新型不僅能夠測量樹高，而且具備對樹木相對坐標(biāo)進(jìn)行測量的能力，通過GPS定位模塊對樹木位置的測量，林業(yè)工作者能快速的查找到該樹木，這在樹木的維護(hù)，林業(yè)的管理方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。

【附圖說明】

[0018]圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2本實(shí)用新型的測量樹高原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
[0021]一種便攜式的喬木樹高及其相對坐標(biāo)測量儀，其組成包括:外殼1、所述的外殼內(nèi)裝有數(shù)據(jù)處理模塊2，所述的數(shù)據(jù)處理模塊2包括中央處理器和A/D轉(zhuǎn)換器4 ;所述的處理器連接有電源3、A/D轉(zhuǎn)換器4、GPS定位模塊5、超聲波測距模塊6、液晶顯示模塊7、存儲(chǔ)器8、傾角傳感器9、藍(lán)牙10，所述的外殼連接有鍵盤11。
[0022]本實(shí)用新型中，所述的中央處理器選用三星公司的ARM9芯片S3C2440A，所述的傾角傳感器模塊9選用SCA60，超聲波測距模塊6選用US-100，所述的液晶顯示模塊7的型號(hào)S012864，所述的GPS定位模塊5選用GPS-NE0-M6-001，所述藍(lán)牙10選用HC-05，所述的電源模塊3選用可反復(fù)充電的鋰電池或者太陽能電極板。
[0023]在物理上，中央處理器的芯片S3C2440A與GPS定位模塊5、A/D轉(zhuǎn)換器4、超聲波測距模塊6、鍵盤11、液晶屏S0128647、存儲(chǔ)器8、藍(lán)牙模塊10以及電源3連接。其主要的功能是:讀取經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傾角傳感器的數(shù)字值；接受來自鍵盤的指令、超聲波模塊的數(shù)值、藍(lán)牙模塊的信號(hào)、GPS定位模塊的值，并通過內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理，將中間的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)送給液晶顯示，并將有用數(shù)據(jù)送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)或通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)送給外部設(shè)備。所述的A/D轉(zhuǎn)換器4與傾角傳感器SCA609連接，其作用是將傾角傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送給處理器處理。所述的超聲波模塊6與數(shù)據(jù)處理模塊2相連接，作用是如圖2所示，測量儀器由A點(diǎn)上升到B點(diǎn)的距離。所述的藍(lán)牙模塊10與數(shù)據(jù)處理模塊2的輸出端口相連接，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，用戶在測量過程中，可以將有用信息上傳到外部存儲(chǔ)設(shè)備中。所述的鍵盤11與數(shù)據(jù)處理模塊2相連，用于向處理器發(fā)送指令。
[0024]本實(shí)用新型的工作原理如下:
[0025]測量時(shí)，如附圖2中所述L為測量儀器距樹木的水平距離，Ii1和h2分別為測量點(diǎn)A到樹根和樹冠的垂直距離，h3為測量點(diǎn)B到A之間的上升距離，a i和β i分別為測量點(diǎn)A到樹根和樹冠的傾角，％和β2分別為測量點(diǎn)B到樹根和樹冠的傾角。根據(jù)三角形勾股定理可得:
[0026]tan a j= h^L
[0027]tan β!= h2/L
[0028]tan a 2 = (h^hg) /L
[0029]h=hl+h2 = L* (tan a j+tan β ^ = [ (tan a j+tan P1)/ (tan a 2_tan a J ] * h3
[0030]實(shí)際測量時(shí)，只要任意選定兩個(gè)測量點(diǎn)A，B。首先將測量儀放置在A點(diǎn)，傾角傳感器SCA60測出A點(diǎn)到樹根的傾角a 1和到樹冠的傾角β i，之后將測量儀器的高度上升到B點(diǎn),再通過傾角傳感器SCA60測出B點(diǎn)到樹根的傾角a 2和B點(diǎn)到樹冠的傾角β 2，同時(shí)利用超聲波模塊測出儀器離地的高度h3，然后通過一定的算法即上面的公式求得被測樹木的高度。
[0031]本實(shí)用新型的工作過程是:
[0032]實(shí)際測量時(shí)，首先打開電源開關(guān)，本實(shí)用新型儀器開始進(jìn)入工作狀態(tài)。通過測量模式選擇鍵選擇測量模式。如果此時(shí)需要測樹高，請選擇測樹高功能:首先將儀器放在A點(diǎn)，打開讀數(shù)制動(dòng)鍵，此時(shí)傾角傳感器開始測數(shù)據(jù)，依次獲得測量點(diǎn)到樹根的傾角a !和到樹冠的傾角β工，然后將其值送入A/D轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字進(jìn)行存儲(chǔ)，接著將儀器放在B點(diǎn)，打開另一個(gè)讀數(shù)制動(dòng)鍵，此時(shí)傾角傳感器又開始測數(shù)據(jù)，依次獲得測量點(diǎn)到樹根的傾角％和到樹冠的傾角β2，并其值送入A/D轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)超聲波模塊測得從A點(diǎn)到B點(diǎn)的上升距離。各工作點(diǎn)測量完畢以后，接收按鍵的中斷請求信號(hào)，與此同時(shí)數(shù)據(jù)處理單元通過一定的算法，求得其樹高值，一方面將樹高值送入液晶上顯示，另一方面將有用的數(shù)值存儲(chǔ)起來，并選擇是否通過藍(lán)牙上傳給外部設(shè)備。
[0033]如需要測定樹的相對坐標(biāo)時(shí)，模式鍵選擇測相對坐標(biāo)功能。GPS信息接收模塊開始工作，接受GPS衛(wèi)星發(fā)送的信息，在將此信息通過RS232送入處理器，接著通過一定的算法將其轉(zhuǎn)化為喬木在方形樣地的相對坐標(biāo)值，然后將值送入液晶顯示，另一方面將有用的數(shù)值存儲(chǔ)起來，并選擇是否通過藍(lán)牙上傳給外部設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式的喬木樹高及相對坐標(biāo)測量儀器，其特征是:包括外殼(I)、數(shù)據(jù)處理器模塊⑵、電源⑶、A/D轉(zhuǎn)換器(4)、GPS定位模塊(5)、超聲波測距模塊(6)、液晶顯示模塊(7)、存儲(chǔ)器模塊(8)、傾角傳感器(9)、藍(lán)牙模塊(10)，鍵盤(11)，在物理上，所述超聲波測距模塊(6)的輸出端口與數(shù)據(jù)處理模塊(2)的第一輸入端口相連,所述的GPS定位模塊(5)的輸出端口與數(shù)據(jù)處理模塊(2)的第二輸入端口相連；所述的存儲(chǔ)器模塊(8)與數(shù)據(jù)處理模塊(2)及藍(lán)牙模塊(10)相連接；所述數(shù)據(jù)處理模塊(2)包括中央處理器和A/D轉(zhuǎn)換器(4)，其中A/D轉(zhuǎn)換器(4)的輸入端口與傾角傳感器(9)相連接，輸出端口與數(shù)據(jù)處理器模塊(2)相連接；所述的藍(lán)牙模塊(10)與中央處理器模塊相連；所述的鍵盤(11)與處理器相連；所述的液晶顯示器(7)與處理器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的喬木樹高及相對坐標(biāo)測量儀器，其特征是:所述的數(shù)據(jù)處理模塊(2)選用三星公司的ARM9芯片S3C2440A，所述的傾角傳感器模塊(9)選用SCA60，超聲波測距模塊(6)選用US-100，所述的液晶顯示模塊(7)的型號(hào)S012864，所述的GPS定位模塊(5)選用GPS-NE0-M6-001，所述藍(lán)牙(10)選用HC-05，所述的電源模塊(3)選用可反復(fù)充電的鋰電池或者太陽能電極板。
【文檔編號(hào)】G01B17-00GK204286385SQ201420581589
【發(fā)明者】魏識(shí)廣, 李林, 陳軍, 李鵬, 覃理嘉, 朱雪冬 [申請人]桂林電子科技大學(xué)