專利名稱：一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置與方法屬于測(cè)量?jī)x器與測(cè)量方法，具體用于森調(diào)中任意環(huán)境下的樹高、胸徑、樹冠直徑的測(cè)量裝置和方法。
背景技術(shù)：
由于我國(guó)林業(yè)生產(chǎn)由以樹木采伐為主的生產(chǎn)模式向封山育林模式轉(zhuǎn)變,森林調(diào)查的任務(wù)加重，采用傳統(tǒng)的調(diào)查方式和調(diào)查設(shè)備，從工作效率和調(diào)查精度都不能滿足工作的需要，而現(xiàn)有的激光測(cè)距儀成本過于昂貴，又限制了其使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種樹木尺寸測(cè)量裝置與測(cè)量方法；該裝置和 方法測(cè)量方便、造價(jià)低廉，解決了傳統(tǒng)樹木測(cè)量設(shè)備在野外環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于森林立木生長(zhǎng)環(huán)境的復(fù)雜性帶來的水平距離測(cè)量難度大，導(dǎo)致測(cè)量精度低問題，為我國(guó)林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供電子類的測(cè)量裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，包括水平標(biāo)尺，沿水平標(biāo)尺上表面水平滑動(dòng)的垂直標(biāo)尺，配置在垂直標(biāo)尺頂端的水平轉(zhuǎn)軸，與水平轉(zhuǎn)軸頂端連接的固定裝置，與固定裝置連接的測(cè)量裝置；所述的垂直標(biāo)尺包括尺套和尺桿，尺桿能夠在尺套中沿豎直方向伸縮；所述的水平轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為水平面；所述的固定裝置包括垂直轉(zhuǎn)軸，所述的垂直轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直于水平面。上述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，所述的水平標(biāo)尺的長(zhǎng)度不小于Im0上述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，所述的垂直標(biāo)尺中尺桿在尺套中伸縮的的長(zhǎng)度不小于lm。上述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，所述的水平轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為360。。上述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，所述的垂直轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為±70°。上述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，所述的測(cè)量端包括攝像頭、紅外瞄準(zhǔn)器、控制器、配置在水平轉(zhuǎn)軸上的水平傾角傳感器、配置在垂直轉(zhuǎn)軸上的垂直傾角傳感器，所述的攝像頭、紅外瞄準(zhǔn)器、水平傾角傳感器以及垂直傾角傳感器均與控制器連接。上述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，還包括與控制器連接的ID讀卡器接口、觸摸屏、鍵盤、以太網(wǎng)接口以及SD卡卡槽。一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量方法，包括測(cè)量樹高的方法首先將尺桿縮回到尺套的最低位置，得到測(cè)量裝置與樹根的夾角a i，測(cè)量裝置與樹尖的夾角α2，再將尺桿從尺套的最低位置向上伸出Im的距離，得到測(cè)量裝置與樹根的夾角，利用如下公式得到樹高式中，如果樹根高于測(cè)量裝置，則a i和的符號(hào)為正，否則為負(fù)；如果樹尖高于測(cè)量裝置，則α2的符號(hào)為正，否則為負(fù)；測(cè)量樹冠直徑的方法在保證測(cè)量裝置與樹干的距離大于樹冠半徑的前提下，首先將尺桿縮回到尺套的最低位置，得到測(cè)量裝置與樹冠樹干交點(diǎn)位置的夾角Ci1，測(cè)量裝置與樹冠邊緣的夾角α2，再將尺桿從尺套的最低位置向上伸出Im的距離，得到測(cè)量裝置與樹冠樹干交點(diǎn)位置的夾角，利用如下公式得到樹高/> = 2x(—— ---^-)
tan(a,) - tan( /)\) tan(a-,) x (IanCai) - tanip,))式中，如果樹冠樹干交點(diǎn)位置高于測(cè)量裝置，則a i和β i的符號(hào)為正，否則為負(fù)；如果樹冠邊緣高于測(cè)量裝置，則α2的符號(hào)為正，否則為負(fù)；測(cè)量胸徑的方法首先將測(cè)量裝置正對(duì)樹干，得到樹干左側(cè)邊緣與測(cè)量裝置的夾角以及樹干右側(cè)邊緣與測(cè)量裝置的夾角分別為β i和β 2 ;再將測(cè)量裝置沿其正對(duì)的樹干的方向，向前移動(dòng)Im的距離后，得到樹干左側(cè)邊緣與測(cè)量裝置的夾角以及樹干右側(cè)邊緣與測(cè)量裝置的夾角分別為a i和α 2 ;利用如下公式得到胸徑
.α,+α., . />,+/ ,. tan ( 1 - )xtan(' -) =2 X ^-f---f—
tan ( 1 」)-tan( 1 r 2 )
2 ' 2式中，a” α 2、βι和的符號(hào)均為正。由于本測(cè)量裝置包括水平標(biāo)尺，沿水平標(biāo)尺上表面水平滑動(dòng)的垂直標(biāo)尺，配置在垂直標(biāo)尺頂端的水平轉(zhuǎn)軸，與水平轉(zhuǎn)軸頂端連接的固定裝置，與固定裝置連接的測(cè)量裝置；所述的垂直標(biāo)尺包括尺套和尺桿，尺桿能夠在尺套中沿豎直方向伸縮；所述的水平轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為水平面；所述的固定裝置包括垂直轉(zhuǎn)軸，所述的垂直轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直于水平面；該測(cè)量方法僅采用三角函數(shù)配合四則運(yùn)算即可完成，因此該裝置和方法具有測(cè)量方便、造價(jià)低廉的有益效果，解決了傳統(tǒng)樹木測(cè)量設(shè)備在野外環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于森林立木生長(zhǎng)環(huán)境的復(fù)雜性帶來的水平距離測(cè)量難度大，導(dǎo)致測(cè)量精度低問題，為我國(guó)林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供電子類的測(cè)量裝置。


圖I是本發(fā)明測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明電子設(shè)備之間的電氣連接示意圖。圖3為測(cè)量樹高的方法示意圖。圖4為測(cè)量樹冠直徑的方法示意圖。圖5為測(cè)量胸徑的方法示意圖。
圖中1水平標(biāo)尺、2垂直標(biāo)尺、21尺套、22尺桿、3水平轉(zhuǎn)軸、31水平傾角傳感器、4固定裝置、5測(cè)量端、51攝像頭、52紅外瞄準(zhǔn)器、53控制器、54ID讀卡器接口、55觸摸屏、56鍵盤、57以太網(wǎng)接口、58SD卡卡槽、6垂直轉(zhuǎn)軸、61垂直傾角傳感器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本實(shí)施例的基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示，該測(cè)量裝置包括長(zhǎng)度為Im的水平標(biāo)尺1，沿水平標(biāo)尺I上表面水平滑動(dòng)的垂直標(biāo)尺2，配置在垂直標(biāo)尺2頂端的水平轉(zhuǎn)軸3，與水平轉(zhuǎn)軸3頂端連接的固定裝置4，與固定裝置4連接的測(cè)量裝置5 ;所述的垂直標(biāo)尺2包括尺套21和尺桿22，尺桿22能夠在尺套21中沿豎直方向伸縮，伸縮的長(zhǎng)度最大為I. 5m ;所述的水平轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為水平面，且能夠做360°旋轉(zhuǎn)；所述的固定裝置4包括轉(zhuǎn)軸沿豎直方向具有所述的固定裝置4包括垂直轉(zhuǎn)軸6，所述的垂直轉(zhuǎn)軸6的轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直于水平面，且能夠做±70°旋轉(zhuǎn)。上述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，所述的測(cè)量端5包括攝像頭51、紅外瞄準(zhǔn)器52、控制器53、配置在水平轉(zhuǎn)軸3上的水平傾角傳感器31、配置在垂直轉(zhuǎn)軸5上的垂直傾角傳感器51，所述的攝像頭51、紅外瞄準(zhǔn)器52、水平傾角傳感器31以及垂直傾角傳感器51均與控制器53連接；包括與控制器53連接的ID讀卡器接口 54、觸摸屏55、鍵盤56、以太網(wǎng)接口 57以及SD卡卡槽58，電子元件之間的電氣連接示意圖如圖2所示。本實(shí)施例的基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量方法，包括測(cè)量樹高的方法首先將尺桿22縮回到尺套21的最低位置，得到測(cè)量裝置5與樹根的夾角a i，測(cè)量裝置5與樹尖的夾角α 2，再將尺桿22從尺套21的最低位置向上伸出Im的距離，得到測(cè)量裝置5與樹根的夾角β i，利用如下公式得到樹高

權(quán)利要求
1.一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，其特征在于包括水平標(biāo)尺(1)，沿水平標(biāo)尺(I)上表面水平滑動(dòng)的垂直標(biāo)尺(2 )，配置在垂直標(biāo)尺(2 )頂端的水平轉(zhuǎn)軸(3 )，與水平轉(zhuǎn)軸(3 )頂端連接的固定裝置(4 )，與固定裝置(4 )連接的測(cè)量裝置(5 );所述的垂直標(biāo)尺(2 )包括尺套(21)和尺桿(22)，尺桿(22)能夠在尺套(21)中沿豎直方向伸縮；所述的水平轉(zhuǎn)軸(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為水平面；所述的固定裝置(4)包括垂直轉(zhuǎn)軸(6)，所述的垂直轉(zhuǎn)軸(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直于水平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，其特征在于所述的水平標(biāo)尺(2)的長(zhǎng)度不小于lm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，其特征在于所述的垂直標(biāo)尺(2)中尺桿(22)在尺套(21)中伸縮的的長(zhǎng)度不小于lm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，其特征在于所述的水平轉(zhuǎn)軸(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為360°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，其特征在于所述的垂直轉(zhuǎn)軸(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為±70°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，其特征在于所述的測(cè)量端(5)包括攝像頭(51)、紅外瞄準(zhǔn)器(52)、控制器(53)、配置在水平轉(zhuǎn)軸(3)上的水平傾角傳感器(31)、配置在垂直轉(zhuǎn)軸(6)上的垂直傾角傳感器(61)，所述的攝像頭(51)、紅外瞄準(zhǔn)器(52)、水平傾角傳感器(31)以及垂直傾角傳感器(51)均與控制器(53)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置，其特征在于還包括與控制器(53)連接的ID讀卡器接口(54)、觸摸屏(55)、鍵盤(56)、以太網(wǎng)接口(57)以及SD卡卡槽(58)。
8.一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量方法，其特征在于包括 測(cè)量樹高的方法 首先將尺桿(22)縮回到尺套(21)的最低位置，得到測(cè)量裝置(5)與樹根的夾角Ci1，測(cè)量裝置(5)與樹尖的夾角Ci2，再將尺桿(22)從尺套(21)的最低位置向上伸出Im的距離，得到測(cè)量裝置(5)與樹根的夾角β i，利用如下公式得到樹高 χ. \η{α ) - χ. \η{α.)H式中，如果樹根高于測(cè)量裝置(5)，則\和P1的符號(hào)為正，否則為負(fù)；如果樹尖高于測(cè)量裝置(5)，則Ci2的符號(hào)為正，否則為負(fù)； 測(cè)量樹冠直徑的方法 在保證測(cè)量裝置(5)與樹干的距離大于樹冠半徑的前提下，首先將尺桿(22)縮回到尺套(21)的最低位置，得到測(cè)量裝置(5)與樹冠樹干交點(diǎn)位置的夾角Ci1，測(cè)量裝置(5)與樹冠邊緣的夾角α2，再將尺桿(22)從尺套(21)的最低位置向上伸出Im的距離，得到測(cè)量裝置(5)與樹冠樹干交點(diǎn)位置的夾角β i，利用如下公式得到樹高 D = 2x(_ ____) tan(a,)- tm(J\) t.an(a..,) x (tan( ,) - tan(j0,)) 式中，如果樹冠樹干交點(diǎn)位置高于測(cè)量裝置(5)，則\和P1的符號(hào)為正，否則為負(fù)；如果樹冠邊緣高于測(cè)量裝置(5)，則Ci2的符號(hào)為正，否則為負(fù)；測(cè)量胸徑的方法 首先將測(cè)量裝置(5)正對(duì)樹干，得到樹干左側(cè)邊緣與測(cè)量裝置(5)的夾角以及樹干右側(cè)邊緣與測(cè)量裝置(5)的夾角分別為^和β2;再將測(cè)量裝置(5)沿其正對(duì)的樹干的方向，向前移動(dòng)Im的距離后，得到樹干左側(cè)邊緣與測(cè)量裝置(5)的夾角以及樹干右側(cè)邊緣與測(cè)量裝置(5)的夾角分別為a i和α 2 ;利用如下公式得到胸徑
全文摘要
一種基于角度測(cè)量的樹木尺寸測(cè)量裝置與方法屬于測(cè)量?jī)x器與測(cè)量方法，具體用于森調(diào)中任意環(huán)境下的樹高、胸徑、樹冠直徑的測(cè)量裝置和方法；該裝置包括水平標(biāo)尺，沿水平標(biāo)尺上表面水平滑動(dòng)的垂直標(biāo)尺，配置在垂直標(biāo)尺頂端的水平轉(zhuǎn)軸，與水平轉(zhuǎn)軸頂端連接的固定裝置，與固定裝置連接的測(cè)量裝置；所述的垂直標(biāo)尺包括尺套和尺桿，尺桿能夠在尺套中沿豎直方向伸縮；所述的水平轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面為水平面；所述的固定裝置包括垂直轉(zhuǎn)軸，所述的垂直轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直于水平面；該方法僅采用三角函數(shù)配合四則運(yùn)算即可完成，因此該裝置和方法具有測(cè)量方便、造價(jià)低廉的有益效果。
文檔編號(hào)G01B21/02GK102914280SQ201210375109
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月2日
發(fā)明者王健, 楊柳松, 高學(xué)斌, 王兵兵, 羅偉, 張凱, 安生立 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)