CN102589504A - 一种生长中的树木的直径在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生长中的树木的直径在线测量装置，其控制传输模块分别与显示模块和电源模块相连，显示模块和电源模块相连；在测量模块中，其外部框架的第一边框和第二边框相对且平行，外部框架的第三边框和第四边框相对且平行，第一挡板和第二挡板平行，第一挡板和第二挡板各自分别与第三边框和第四边框安装在一起，且第一档板和第二档板能够沿着第三边框和第四边框来回滑移；第一测距传感器固定安装在第一边框上，第二测距传感器固定安装在第二边框上，第一测距传感器和第二测距传感器各自分别与控制传输模块相连。本发明既能够实现对树木当前时期直径的精确测量，又能自动跟踪测量树木生长过程中不同时期的直径的测量装置。

Description

一种生长中的树木的直径在线测量装置

技术领域

本发明涉及一种生长中的树木的直径测量装置。

背景技术

树木直径的在线自动测定是林业生产和森林资源调查中的难点和重点，树木生长过程中各个时期的直径的测量是评价树木生长状况的重要依据。

目前国内外对树木所采取的直径测量方法主要有：轮尺测树径，围尺测树径，全站仪法测树径等。对树木直径的测量主要以树干1.37m处的直径作为最接近树木直径真实值的标准。

传统的树木直径测量方法如围尺测树径，其工具虽然简单，但是精度低。而轮尺测树径，其工具携带和读数都不方便。测量和记录通常需要两人协作完成，并且需要大量的后期统计计算工作，费工耗时。虽然人们不断改进测径装置的设计方案，发明了具备数据记录终端的自记轮尺等手持设备，但同样体积庞大，相对笨重，且对同一树木不同生长时期的直径测量需要多次反复测量。

全站仪测量树木直径虽然精度高，但是全站仪昂贵，功能繁多，使用复杂。同时无法自动测量树木生长过程各个时期的直径。

由上述可知，在现有技术中，还不存在既可以实现对树木当前时期直径的精确测量，又能自动跟踪测量树木生长过程中不同时期的直径，同时显示测量的树干位置距离地面的高度和对测量数据进行存储以及无线传输测量数据的树木直径测量装置。如果能够提供具有上述功能的树木直径测量装置，在林业的管理方面，对特定树木生长过程的全程监测以及大面积测量树木直径等方面将会有实际的应用价值。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术的部分或全部缺陷，而提供一种生长中的树木的直径在线测量装置。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

本发明的生长中的树木的直径在线测量装置包括测量模块、控制传输模块、显示模块和电源模块；控制传输模块分别与显示模块和电源模块相连，显示模块和电源模块相连；所述测量模块包括外部框架、第一挡板、第二挡板、第一测距传感器和第二测距传感器；外部框架的第一边框和第二边框相对且平行，外部框架的第三边框和第四边框相对且平行，第一挡板和第二挡板平行，第一挡板和第二挡板各自分别与第三边框和第四边框安装在一起，且第一档板和第二档板能够沿着第三边框和第四边框来回滑移；第一测距传感器固定安装在第一边框上，第二测距传感器固定安装在第二边框上，第一测距传感器和第二测距传感器各自分别与控制传输模块相连。

进一步地，本发明所述第一测距传感器用于测量第一边框和第一档板之间的距离，所述第二测距传感器用于测量第二边框和第二档板之间的距离。

进一步地，本发明所述第一测距传感器和第二测距传感器具有波发射和波接收功能。

进一步地，本发明所述第一边框或第二边框上还固定安装有第三测距传感器，第三测距传感器与控制传输模块相连。

进一步地，本发明所述第三测距传感器用于测量所述外部框架与地面之间的距离。

进一步地，本发明所述第三测距传感器具有波发射和波接收功能。

进一步地，本发明所述控制传输模块由微控制器、存储模块和通信模块组成；微控制器分别与存储模块、通信模块、显示模块和电源模块相连，通信模块与存储模块相连；第一测距传感器的信号输出端、第二测距传感器的信号输出端、第三测距传感器的信号输出端各自分别与微控制器相连。

进一步地，本发明所述通信模块包括无线通信模块、串口传输模块和数据收发模块，无线通信模块和串口传输模块均与微控制器相连，数据收发模块分别与无线通信模块、串口传输模块和存储模块相连。

进一步地，本发明所述无线通信模块为具有无线信号收发功能的ZigBee通信模块或GPRS通信模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的生长中的树木的直径在线测量装置具备对树木当前时期的直径和树木生长过程中不同时期的直径进行在线自动跟踪测量的能力，且测量精度高；通过本发明直径在线测量装置能够获得树木不同生长时期的直径，从而获得树木的生长状况、立地质量等信息，是林业生产和森林调查的重要依据。

2.本发明的生长中的树木的直径在线测量装置能够显示测量的树干位置距离地面的高度信息，从而将测量的树干位置较好地控制在树干的1.37m左右的位置。

3.本发明的生长中的树木的直径在线测量装置能够显示和保存被测树木的编号、直径、测量时间等信息，从而将测量数据与被测树木一一对应，在林业综合管理中具有非常重要的应用价值。

4.本发明的生长中的树木的直径在线测量装置具备利用无线传输技术（如：ZigBee技术或GPRS（通用分组无线业务）技术）对测量数据进行传输的能力，在使用多个本发明装置测量众多树木的直径时，能够利用ZigBee网络或GPRS网络快速的将所有的树木的测量数据无线传输到指定设备（如具有无线信号收发功能的监控主机），在林业的管理方面具有重要价值。

附图说明

图1为本发明的一种生长中的树木的直径在线测量装置的结构框图；

图2为本发明的测量模块的优选实施方式的结构及其与控制传输模块的连接示意图；

图3为本发明的测量模块的优选实施方式的结构示意图；

图4为本发明的控制传输模块的优选实施方式的结构及其与测量模块1、显示模块3和电源模块4的连接示意图；

图5为图4中的通信模块的优选实施方式的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的生长中的树木的直径在线测量装置主要包括测量模块1、控制传输模块2、显示模块3和电源模块4。其中，测量模块1与控制传输模块2相连，测量模块1用于采集树木的直径数据和测量的树干位置距离地面的高度数据。控制传输模块2与显示模块3和电源模块4分别相连，控制传输模块2用于对采集到的相关数据进行处理并将树木的直径、测量的树干位置距离地面的高度等数据与树木的编号一一对应后进行存储，以及当使用多个本发明装置测量众多树木的直径时，可利用无线传输技术传输测量数据。显示模块3和电源模块4相连，显示模块3用于显示本发明直径测量装置的工作状态（如电源模块的电量的多少、本发明直径测量装置是否处于测量状态等），以及显示测量时间，被测树木的编号、直径、测量的树干位置距离地面的高度等信息；此外，能够通过输入控制命令来控制本发明装置进行数据读取等操作。在本发明中，显示模块3可以为一个可触控的显示屏，如安立信公司的LC-MT0801电阻式触摸屏。电源模块4用于对控制传输模块2和显示模块3进行供电。

作为本发明的优选实施方式，如图2和如图3所示，测量模块1包括外部框架11、第一挡板12、第二挡板13、第一测距传感器14、第二测距传感器15和第三测距传感器16。第一测距传感器14的信号输出端、第二测距传感器15的信号输出端、第三测距传感器16的信号输出端各自分别与控制传输模块2相连，用于将各自采集到的数据传送到控制传输模块2进行数据处理。外部框架11的第一边框17和第二边框18相对且平行，第三边框19和第四边框20相对且平行，第一边框17和第二边框18的距离设为L。第一挡板12和第二挡板13平行，第一挡12板和第二档板13可如图3所示置于外部框架11内；第一挡板12和第二挡板13均同时与第三边框19和第四边框20活动安装在一起，使得第一档板12和第二档板13能够沿着第三边框19和第四边框20来回滑移，从而在测量树木的直径时，能够将树木置于第一档板12和第二档板13之间，并使第一档板12和第二档板13均与树干相切。随着树木的生长，树木的直径变大，第一挡板12和第二档板13由于能够来回滑移，可以自行往外滑动调整，以适应变大的树木直径的测量，由此实现树木不同生长时期的直径的自动测量。第一测距传感器14固定安装在第一边框17上，第一测距传感器14可用于测量第一边框17和第一档板12之间的距离L1；第二测距传感器15固定安装在第二边框18上，第二测距传感器15可用于测量第二边框18和第二档板13之间的距离L2 。

作为本发明的优选实施方式，图2和图3示出了第三测距传感器16，第三测距传感器16用于测量第一边框17或第二边框18与地面之间的距离H。第三测距传感器16可固定安装在第一边框17或第二边框18上，由此可以测量外部框架11与地面之间的距离（即第一边框17或第二边框18与地面之间的距离H），从而获得直径测量所在的树干位置距离地面的高度。本发明若安装有第三测距传感器16，则能够显示测量的树干位置距离地面的高度信息，从而能够将测量的树干位置较好地控制在树干的1.37m左右的位置。当然，本发明也可以不使用第三测距传感器16而通过人工测量的方式获得直径测量所在的树干位置距离地面的高度。

本发明中，第一测距传感器14、第二测距传感器15和第三测距传感器16优选使用具有波发射功能和波接收功能的测距传感器，如超声波测距传感器和激光测距传感器。特别优选双探头测距方式的超声波测距传感器，例如普特公司的SRF08 超声波传感器、清新机电公司的KS101B超声波传感器，其中一个探头用作波发射器，另一个探头用作波接收器，波发射器发送的超声波经障碍物的反射后，被波接收器接收，控制传输模块2通过超声波传输的时间和超声波的速度计算出测距传感器和障碍物之间的距离。当然，本发明所用超声波测距传感器也可以是单探头的，其同一个探头兼具波发射器和波接收器功能。本发明所用测距传感器还可以是由只用作波发射器和只用作波接收器的两个单探头超声波测距传感器结合起来构成。

如图4所示，作为本发明的一种优选实施方式，控制传输模块2由微控制器21、存储模块22和通信模块23组成。微控制器21分别与存储模块22、通信模块23、测量模块1、显示模块3和电源模块4相连，通信模块23则与存储模块22相连。其中，测量模块1中的第一测距传感器14的信号输出端、第二测距传感器15的信号输出端、第三测距传感器16的信号输出端各自分别与微控制器21相连。控制传输模块2除了图4所示的的优选结构外，作为本发明的另一种实施方式，控制传输模块2还可以使用TI公司的CC2431系统芯片。

微控制器21是具有数据运算处理、定时/计数、时间管理等功能的MCU，如AVR公司的MEGA128芯片、SAMSUNG公司的S3C2440芯片。微控制器21接收来自第一测距传感器14、第二测距传感器15、第三测距传感器16的数据，当双探头传感器的波发射器向某一个方向发射超声波，微控制器21里的定时器开始计数，超声波遇到障碍物后返回，被波接收器接收，与此同时定时器停止计数。根据定时器记录的超声波传输的时间t和超声波的传输速度340m/s，利用传感器和障碍物的距离公式s =340 * t/2，微控制器21可以分别计算出第一边框17和第一档板12之间的距离L1、第二边框18和第二档板13之间的距离L2、第一边框17或第二边框18与地面之间的距离H，并由公式D=L- L1- L2运算，最终得到树木的直径值D。同时，微控制器21将测量的时间、事先指定的被测树木的编号、树木的直径D、第一边框17或第二边框18与地面之间的距离H（即测量的树干位置距离地面的高度）等信息一一对应起来，作为一条完整的信息一起传送给存储模块22进行存储，并将这些一一对应的信息一起传送给显示模块3进行显示。

通信模块23用于将微控制器21产生的一一对应的数据和存储模块22所存储的数据传送给外部设备（如PC机）。同时，通信模块23也可以接收来自外部设备的数据。

如图5所示，本发明优选的通信模块23可包括无线通信模块31、串口传输模块32和数据收发模块33。无线通信模块31和串口传输模块32均与微控制器21相连，数据收发模块33分别与无线通信模块31、串口传输模块3和存储模块22相连。其中，串口传输模块32可将本发明直径测量装置和外部设备（如PC机）通过串口连接，传送数据到PC机中。无线通信模块31可将本发明装置与外部设备（如另一套本发明装置）通过无线传输网络相连，将数据传送到外部设备。由微控制器21处理后的数据和存储模块22存储的数据均可通过无线通信模块31和串口传输模块32传送给外部设备。同时，无线通信模块31和串口传输模块32也可以接收来自外部设备的数据。

在使用多个本发明装置测量众多树木的直径时，利用无线通信模块31可以快速地将所有的树木的测量数据传输到指定设备（如具有无线信号收发功能的监控主机），从而建立测量信息数据库，对所有的被测树木进行监控，方便林业资源管理。在本发明中，无线通信模块31优选使用基于ZigBee技术或GPRS（通用分组无线业务）技术的通信模块（具有无线信号收发功能的ZigBee通信模块或GPRS通信模块），如Chipcon公司的CC2420芯片、西门子公司的MC35I芯片。

使用本发明测量装置对生长中的树木的直径进行测量的操作方法如下：

用第一挡板12和第二档板13夹住树干，使第一挡板12和第二档板13保持平行（随着树木的生长，树干直径变大，第一挡板12和第二档板13可自行往外滑动调整，以满足自动测量要求）。第一测距传感器14的波发射器发送超声波，经第一挡板12反射后，被第一测距传感器14的波接收器接收，微控制器21利用超声波的传输时延计算出第一边框和第一档板12之间的距离L1 ；同理，微控制器21计算出第二边框18和第二档板13之间的距离L2、第一边框17（或第二边框18）和地面之间的距离H；然后，微控制21器根据公式D=L- L1- L2 计算出被测树木的直径D。显示模块3显示测量时间，以及被测树木的编号、直径、测量的树干位置距离地面的高度等信息。存储模块22存储测量时间，并存储被测树木的编号、直径、测量的树干位置距离地面的高度等信息。通信模块23也可以将测量时间，以及被测树木的编号、直径、测量的树干位置距离地面的高度等信息传送给外部设备（如PC机、测试另一树木的另一套本发明装置等）。当使用多个本发明装置测量众多树木的直径时，无线通信模块31可以快速的将所有的树木的测量数据传输到指定设备（如具有无线信号收发功能的监控主机），从而建立测量信息数据库，对所有的被测树木进行监控，方便林业资源管理。

本发明的生长中的树木的直径在线测量装置将超声波传感技术、无线传输技术相结合，实现了传统测径仪所不具备的树木生长过程中不同时期的直径在线测量、精确测量以及测量数据的无线传输等功能。对于树木生长过程监测，林业的管理和森林资源调查等具有重要的实际应用价值。

Claims (10)

1.一种生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：包括测量模块（1）、控制传输模块（2）、显示模块（3）和电源模块（4）；控制传输模块（2）分别与显示模块（3）和电源模块（4）相连，显示模块（3）和电源模块（4）相连；所述测量模块（1）包括外部框架（11）、第一挡板（12）、第二挡板（13）、第一测距传感器（14）和第二测距传感器（15）；外部框架（11）的第一边框（17）和第二边框（18）相对且平行，外部框架（11）的第三边框（19）和第四边框（20）相对且平行，第一挡板（12）和第二挡板（13）平行，第一挡板（12）和第二挡板（13）各自分别与第三边框（19）和第四边框（20）安装在一起，且第一档板（12）和第二档板（13）能够沿着第三边框（19）和第四边框（20）来回滑移；第一测距传感器（14）固定安装在第一边框（17）上，第二测距传感器（15）固定安装在第二边框（18）上，第一测距传感器（14）和第二测距传感器（15）各自分别与控制传输模块（2）相连。

2.根据权利要求1所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述第一测距传感器（14）用于测量第一边框（17）和第一档板（12）之间的距离，所述第二测距传感器（15）用于测量第二边框（18）和第二档板（13）之间的距离。

3.根据权利要求1或2所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述第一测距传感器和第二测距传感器具有波发射和波接收功能。

4.根据权利要求1或2所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述第一边框（17）或第二边框（18）上还固定安装有第三测距传感器（16），第三测距传感器（16）与控制传输模块（2）相连。

5.根据权利要求4所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述第三测距传感器（16）用于测量所述外部框架（11）与地面之间的距离。

6.根据权利要求4所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述第三测距传感器具有波发射和波接收功能。

7.根据权利要求5所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述第三测距传感器具有波发射和波接收功能。

8.根据权利要求1或2所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述控制传输模块（2）由微控制器（21）、存储模块（22）和通信模块（23）组成；微控制器（21）分别与存储模块（22）、通信模块（23）、显示模块（3）和电源模块（4）相连，通信模块（23）与存储模块（22）相连；第一测距传感器（14）的信号输出端、第二测距传感器（15）的信号输出端、第三测距传感器（16）的信号输出端各自分别与微控制器（21）相连。

9.根据权利要求8所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述通信模块（23）包括无线通信模块（31）、串口传输模块（32）和数据收发模块（33），无线通信模块（31）和串口传输模块（32）均与微控制器（21）相连，数据收发模块（33）分别与无线通信模块（31）、串口传输模块（3）和存储模块（22）相连。

10.根据权利要求9所述的生长中的树木的直径在线测量装置，其特征在于：所述无线通信模块（31）为具有无线信号收发功能的ZigBee通信模块或GPRS通信模块。

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