CN101158576A - 内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树技术。以电子经纬仪为工具采集单木和林分各因子数据，由PDA(Personal Digital Assistant，个人电子助理)进行数据存储和处理，采用电子经纬仪和森林罗盘直仪直接观测树木的树梢和树基，利用垂直点抽样法测量林分平均高，实现林分平均高的实时、自动、精准量测，较以往方法节约了时间，减少了工作量，提高了工作效率；数据存储和处理由PDA编制程序完成，可大大提高工作自动化程度。

Description

内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树技术

一、技术领域

本发明涉及一种自动测树技术，特别是一种内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树技术。

二、技术背景

经典的森林监测技术手段落后，建立在机械指针式罗盘定位测量、航片判读等手工作业的基础上，周期长，效率低，精度差，远远不能适应对森林资源和生态环境的监测需求。国内对于森林的监测仅局限于以遥感和常规地面调查为主要技术的宏观、粗放的阶段。某些指标的精准测量，如树高，任一处树干直径等精准测量的理论、技术、仪器等问题还远远没有解决到令人满意的程度。

本发明以电子经纬仪采集单木和林分各项监测因子数据，以eMbedded Visual C++3.0为开发工具，通过开发基于PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)的电子角规测树软件，利用空间解析几何原理、干曲线模拟方程、角规测树原理及3P抽样测量林分蓄积原理，实时、自动、精准地量算单木及林分的各项因子，从而实现对单木和林分各项因子的自动采集、处理和出数据的自动监测体系。最终效果将达到对单木树高、材积、树冠表面积和树冠体积和林分单位面积胸高断面积、平均高、形高、平均株数和林分蓄积的实时、自动、精准量测。

三、发明的内容

为了克服角规测树时不能精确测量角度和距离的缺点，提高效率与精度，缩短周期，实现单木和林分得精准测量，本发明的目的是提供一种内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树技术及其使用方法。本发明的目的是这样实现的：以电子经纬仪为工具采集单木和林分各因子数据，由PDA(Personal Digital Assistant，个人电子助理)进行数据存储和处理，其特征是：采用电子经纬仪和森林罗盘直仪直接观测树木的树梢和树基，利用垂直点抽样法测量林分平均高。

采用电子经纬仪垂直点抽样法测量林分平均高的方法如下：首先，设临界角β＝60°34′，由数模①100％×tanβ求得坡率为177.2％；其次，采用电子经纬仪盘左分别测得观测视线至树梢的天顶距θ₁及观测视线至树基的天顶距θ₂；然后，由数模②tanδ＝100％·tan(π/2-θ₁)-100％·tan(π/2-θ₂)求得tanδ作为判断条件，当tanδ≥177.2％时，计数1株，当tanδ＜177.2％时，不计数，累加得计数木之和Z_h；最后，将计数木之和Zh和每公顷株数N代入数模③ $\stackrel{\‾}{H}=100\·\sqrt{\frac{Z_h}{N}}$ 求得林分平均高

全部工作由PDA编程实现。

采用森林罗盘仪垂直点抽样法测量林分平均高的方法如下：将森林罗盘测树仪分别瞄准树顶和树基，测得倾角α₁和α₂，根据罗盘和待测树木的地势位置选择相应的数学模型：当水平视线穿过待测树木时选择数模④tanδ＝100％·tanα₁+100％·tanα₂、当待测树木位于水平视线之上时选择数模⑤tanδ＝100％·tanα₁-100％·tanα₂、当待测树木位于水视线以下时选择数模⑥tanδ＝100％·tanα₂-100％·tanα₁，求得tanδ作为判断条件，当tanδ≥177.2％时，计数1株，当tanδ＜177.2％时，不计数，累加得计数木之和Z_h；最后，将计数木之和Zh和每公顷株数N代入数模③ $\stackrel{\‾}{H}=100\·\sqrt{\frac{Z_h}{N}}$ 求得林分平均高

本项发明与现有方法相比具有以下优点：

(1)大大提高了量测精度，由于本研究采用了高精度测绘仪器——电子经纬仪做为数据采集工具，它可以较传统测树方法精度高上几个数量级，这一点在测量立木树高时体现的更为明显；

(2)大大提高森林资源监测的工作效率，传统的森林资源调查中，调查数据需要笔记，并配合计算器进行计算，进行3P抽样测定林分蓄积量时，需要将每木检尺数据取回，配合计算机进行样木选择，工序繁琐。本研究开发了电子角规测树软件，可以实现对单木和林分的监测数据的自动采集、处理和保存，实时的完成整个监测过程，大大提高了野外工作的自动化程度；

(3)实现了对树木的无损伤测量，传统方法对小班标准木通常都采取做解析木的途径，工作繁琐，且对森林造成伤害。通过电子经纬仪结合PDA量测树木，不用伐倒林木和爬树，不对林木有任何损害就可以自动、实时获取测树因子。这对于当前我国正大力推行的森林可持续经营政策显得尤为重要。

四、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为树高及任意断面高测量示意图；

图2、图3、图4为经纬仪测量林分平均高示意图；

图5、图6、图7罗盘测量林分平均高示意图。

五、具体实施方式：

内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树方法与现有方法不同，作了很大改进，具体是：

以电子经纬仪为工具采集单木和林分各因子数据，由PDA(Personal Digital Assistant，个人电子助理)进行数据存储和处理，从而实现了森林信息的自动采集、处理。

单木的测定方法如下：

(1)树高及任意断面高的测量：如图1所示，进行树高测定时，先用皮尺在树干基部确定一个固定高度，通常这个高度确定为1.3米，即胸高处。然后将仪器置于可同时看到树梢和胸高处的位置，仪器整平后分别观察胸高和任意断面高处，依次测得天顶距为V₁、V₂，然后用皮尺测量仪器到树干胸高处的距离D，再根据数模⑦H_i＝I+S·[tan(90-V₂)-tan(90-V₁)]求算树高或树的任意断面高，其中H_i为树高或任意断面高；I为胸径高度，即I＝1.3m，S为电子经纬仪到树心的水平距离，且S＝D·sinV₁。

(2)林分平均高测量：采用垂直点抽样法，它是以垂直角为视角，通过设定一个临界角，对被观测木的树梢和树基观测所获得的参数与临界角参数进行比较，以判别被观测木的计数值，进而计算林分平均高。首先，设临界角β＝60°34′，由数模①100％×tanβ求得坡率为177.2％；其次，如图2、图3、图4所示，采用电子经纬仪盘左分别测得观测视线至树梢的天顶距θ₁及观测视线至树基的天顶距θ₂；然后，由数模②tanδ＝100％·tan(π/2-θ₁)-100％·tan(π/2-θ₂)求得tanδ作为判断条件，当tanδ≥177.2％时，计数1株，当tanδ＜177.2％时，不计数，累加得计数木之和Z_h；最后，将计数木之和Zh和每公顷株数N代入数模③ $\stackrel{\‾}{H}=100\·\sqrt{\frac{Z_h}{N}}$ 求得林分平均高

全部工作由PDA编程实现。

3.以上工作也可由罗盘实现，将森林罗盘测树仪分别瞄准树顶和树基，测得倾角α₁和α₂，根据罗盘和待测树木的地势位置选择相应的数学模型：如图5所示，当水平视线穿过待测树木时选择数模④tanδ＝100％·tanα₁+100％·tanα₂；如图6所示，当待测树木位于水平视线之上时选择数模⑤tanδ＝100％·tanα₁-100％·tanα₂；如图7所示，当待测树木位于水视线以下时选择数模⑥tanδ＝100％·tanα₂-100％·tanα₁，求得tanδ作为判断条件，当tanδ≥177.2％时，计数1株，当tanδ＜177.2％时，不计数，累加得计数木之和Z_h；最后，将计数木之和Zh和每公顷株数N代入数模③ $\stackrel{\‾}{H}=100\·\sqrt{\frac{Z_h}{N}}$ 求得林分平均高

Claims (3)

1.一种内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树技术，以电子经纬仪为工具采集单木和林分各因子数据，由PDA(Personal Digital Assistant，个人电子助理)进行数据存储和处理，其特征是：采用电子经纬仪和森林罗盘仪直接观测树木的树梢和树基，利用垂直点抽样法测量林分平均高。

2.根据权利要求1所述的内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树技术，其特征是：其中采用电子经纬仪垂直点抽样法测量林分平均高的方法如下：首先，设临界角β＝60°34′，由数模①100％×tanβ求得坡率为177.2％；其次，采用电子经纬仪盘左分别测得观测视线至树梢的天顶距θ₁及观测视线至树基的天顶距θ₂；然后，由数模②tanδ＝100％·tan(π/2-θ₁)-100％·tan(π/2-θ₂)求得tanδ作为判断条件，当tanδ≥177.2％时，计数1株，当tanδ＜177.2％时，不计数，累加得计数木之和Z_h；最后，将计数木之和Zh和每公顷株数N代入数模③ $\stackrel{\‾}{H}=100\·\sqrt{\frac{Z_h}{N}}$ 求得林分平均高

全部工作由PDA编程实现。

3.根据权利要求1所述的内置程序式电子经纬仪角规自动立体测树技术，其特征是：其中采用森林罗盘仪垂直点抽样法测量林分平均高的方法如下：将森林罗盘测树仪分别瞄准树顶和树基，测得倾角α₁和α₂，根据罗盘和待测树木的地势位置选择相应的数学模型：当水平视线穿过待测树木时选择数模④tanδ＝100％·tanα₁+100％·tanα₂、当待测树木位于水平视线之上时选择数模⑤tanδ＝100％·tanα₁-100％·tanα₂、当待测树木位于水视线以下时选择数模⑥tanδ＝100％·tanα₂-100％·tanα₁，求得tanδ作为判断条件，当tanδ≥177.2％时，计数1株，当tanδ＜177.2％时，不计数，累加得计数木之和Z_h；最后，将计数木之和Zh和每公顷株数N代入数模③ $\stackrel{\‾}{H}=100\·\sqrt{\frac{Z_h}{N}}$ 求得林分平均高

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