CN104048614A - 立木直径测定方法及测定器 - Google Patents

Abstract

一种立木直径测定方法及测定器，其特征是所述的测量器包括MCU(10)、MEMS测角传感器(11)、激光测距传感器(6)、存储器(12)、液晶显示器(1)、激光发射器(3)和电源(4)，电源(4)与各工作部件电气连接，MEMS测角传感器(11)和激光测距传感器(6)相互双向连接的同时与MCU(10)双向连接，存储器(12)以及液晶显示器(1)同时与外部控制部件双向连接的同时与MCE(10)双向连接。所述的外部控制部件也与MCU双向连接，激光发射器(3)直接与MCU双向连接。本发明实现了非接触式测量，具有操作方便，精度高的优点。

Description

立木直径测定方法及测定器

技术领域

本发明涉及一种森林计测技术，尤其是一种森林计测中立木直径测定技术，具体地说是一种立木直径测定方法及测定器。 

背景技术

测树学中，如何精准获取立木的直径一直是林业研究者探讨的热门话题。传统的量测立木直径的工具有轮尺、直径卷尺和钩尺等工具，这些传统立木直径量测工具在使用过程中，要求量测者必须接触到被量测立木，并且被量测立木的直径位置不能太高，在量测者的可控制范围内。这样的要求大大限制了量测立木直径的范围，对一些量测者不能到达或者很难到达区域的立木，无法进行直径量测；并且使得量测者无法量测到树木高度2m以上的直径。 

随着科技的发展，一些高科技技术及仪器在森林调查中应用开来。三维激光扫描仪在非接触式量测立木直径中优势明显：首先，对被量测的立木进行激光扫描，获取立木的点云数据，然后，将数据导入计算机，可以直接在计算机上量测任意段的立木直径，非常方便而且精度非常高。目前，市场上一台三维激光扫描仪价格在100万人民币左右，体积笨重、携带不方便、操作繁琐，且后期的数据处理对量测者的计算机水平要求很高，这些因素使得三维激光扫描仪量测立木直径还在处于科研阶段，距普及到森林资源调查中还有很长的路程。近景摄影测量技术在立木直径量测中应用，也是一种非接触式的量测立木直径的方法，该方法在采集数据的时候过程简单，但后期针对照片提取立木直径时，每个操作者对同一棵树木同一处直径的量测，获取的数据精度不尽相同，受操作人员的技术水平影响很大，对操作人员的技术要求很高。 

发明内容

本发明的目的是针对目前危险地段树木直径测量不便，存在安全隐患的问题，提供一种无需到现场即可完成立木直径测量的方法，同时提供一种操作简单、携带方便、价格低廉、能自动量测和量测精准的立木直径测定器。 

本发明的技术方案之一是： 

一种立木直径测定方法，其特征是它包括以下步骤： 

首先，在选好的任一测点上，根据地形环境和通视情况，在地上标志一个特征点，打开激光发射器，使激光瞄准这个特征点，起到对中的作用； 

其次，使激光发射器发射的激光瞄准被测立木指定高度的树干的一边，量测出激光发射器与树干上设定点的距离D₁，同时利用测角器测量出设定点的水平角，水平移动激光发射器的激光柱，使激光柱瞄准树干的另一边，并量测出激光发射器与树干另一边的距离D₂及其水平角，量测出立木指定高度树干的两边的水平角之差，获取立木指定高度树干的两边与激光发射器的夹角β，根据三角余弦定理得出立木指定高度的树干两边的距离，即为立木直径D； 

$D=\sqrt{D_1^2+D_2^2-2D_1{D}_2\cos \mathrm{\β}};$

式中：D——立木树干2直径； 

D₁——全站仪1与树干2一边视线切点的距离； 

D₂——全站仪1与树干2另一边视线切点的距离； 

β——全站仪1与立木树干2两边视线夹角。 

本发明的技术方案之二是： 

一种立木直径测定器，它包括MCU10、MEMS测角传感器11、激光测距传感器6、存储器12、液晶显示器1、激光发射器3和电源4，电源4与各工作部件电气连接，MEMS测角传感器11和激光测距传感器6相互双向连接的同时与MCU10双向连接，存储器12以及液晶显示器1同时与外部控制部件双向连接的同时与MCE10双向连接。所述的外部控制部件也与MCU双向连接，激光发射器3直接与MCU双向连接。 

所述的外部控制部件由手枪扳机5和液晶显示器下面的3个控制按钮F1(8)，F2(9)，F3(7)组成。 

所述的激光测距传感器6、MEMS测角传感器11、液晶显示器1、MCU(10、存储器12、外部控制部件、激光发射器3和电源均安装在一个枪状壳体中，激光测距传感器6安装在枪状壳体的枪口正中间，激光发射器3安装在枪状壳体的枪托2的底部，电源开关5安装在枪托2上，液晶显示器1安装在枪杆尾部，在液晶显示器1的下部安装有外部控制部件7，8，9，MCU10、存储器12和电源4安装在枪状壳体中。 

本发明的有益效果是： 

1、充分发挥激光测距传感器非接触式量测的特点。 

因林地或山地中地形复杂、或因藤条灌木繁多、或因地形险要、或因避免森林有凶猛动物、或因被测立木树干部分偏高，量测者不能或很难接触到被测立木。激光测距传感器具有非接触式量测的特点，可以发射出红色激光柱，将红色激光柱瞄准被测立木部分，按下量测键可以测量出立木直径测定器与激光瞄准点的距离。从而克服了因上述各种原因导致不能或很难接触到被测立木的缺点。 

2、充分发挥MEMS(micro-electro-mechanical systems)测角传感器的量测角度功能 

MEMS(micro-electro-mechanical systems)测角传感器功能与激光测距传感器的激光瞄准特点的有效结合，克服了人眼在量测角度瞄准时产生的人为误差。 

3、保证了立木直径量测器的对中精度。 

对中是指使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上，在手枪式外包装盒的枪托 下面的正中间安装的激光发射器，可以实时发射激光，实现激光对中，从而保证了立木直径量测器的对中精度。 

附图说明

图1为本发明的立木直径测定器的原理框图。 

图2为本发明的立木直径测定器的正面结构示意图。 

图3为本发明的立木直径测定器的侧面结构示意图。 

图4为本发明的量测状态示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

实施例一 

如图1-3所示。 

一种立木直径测定器，它包括MCU10、MEMS测角传感器11、激光测距传感器6、存储器12、液晶显示器1、激光发射器3和电源4，电源4与各工作部件电气连接，MEMS测角传感器11和激光测距传感器6相互双向连接的同时与MCU10双向连接，存储器12以及液晶显示器1同时与外部控制部件双向连接的同时与MCE10双向连接。所述的外部控制部件也与MCU双向连接，激光发射器3直接与MCU双向连接，如图1所示。所述的外部控制部件由手枪扳机5和液晶显示器下面的3个控制按钮F₁8，F₂9，F₃7组成，如图2。激光测距传感器6安装在枪状壳体的枪口正中间，激光发射器3安装在枪状壳体的枪托2的底部，电源开关5安装在枪托2上，液晶显示器1安装在枪杆尾部，在液晶显示器1的下部安装有外部控制部件7，8，9，MCU10、存储器12和电源4安装在枪状壳体中，如图3所示。 

详述如下： 

如图1、图2、图3所示，本发明包括量测部分、计算部分、对中部分、电源部分和手枪式外包装盒部件，其特征是：量测部分包括激光测距传感器6、MEMS(micro-electro-mechanical systems)测角传感器11；计算部分包括数字显示器1、MCU(微控制单元)10、存储器12及外部控制部件5，7-9；对中部分包括激光发射器3。 

所述的外部控制部件包括：手枪扳机5和显示器下面的3个控制按钮：F₁8，F₂9，F₃7。 

所述的激光测距传感器6安装在手枪式外包装盒的枪口正中间。 

所述的激光发射器3安装在手枪式外包装盒的枪托下面的正中间。 

实施例二 

一种立木直径测量方法，如图4所示，在选好的任一测点上，根据地形环境和通视情况，在地上标志一个特征点，打开立木直径测定器枪托下端的激光发射器，使激光瞄准这个特征点，起到对中的作用，用立木直径测定器1发射的激光瞄准被测立木指定高度的树干的一边， 量测出立木直径测定器1与树干2该点的距离D₁及其水平角，水平移动立木直径测定器1的激光柱，使激光柱瞄准树干2另一边，并量测出立木直径测定器1与树干2另一边的距离D₂及其水平角，由立木直径测定器1量测立木指定高度树干2的两边的水平角之差，获取立木指定高度树干2的两边与立木直径测定器的夹角β，根据三角余弦定理得出立木指定高度的树干两边的距离，即为立木直径D。 

其中：所述的对边原理求两点水平距离公式为：

式中：D——立木树干2直径； 

D₁——全站仪1与树干2一边视线切点的距离； 

D₂——全站仪1与树干2另一边视线切点的距离； 

β——全站仪1与立木树干2两边视线夹角。 

本发明的工作过程： 

测量前根据地形环境选择通视良好的地点，在地面上选择一个特征点作为对中点，打开电源开关5，点击F₁键8，打开立木直径测定器枪托下端的激光发射器，是激光瞄准这个特征点，起到对中的作用；点击F₂键9，用立木直径测定器1发射的激光瞄准被测立木指定高度的树干的一边，点击F₃键7，量测出立木直径测定器1与树干2该点的距离D₁及其水平角；水平移动立木直径测定器1的激光柱，使激光柱瞄准树干2另一边，点击F3键7，并量测出立木直径测定器1与树干2另一边的距离D₂及其水平角；再次点击F₃键7，显示屏显示出立木直径。此时点击F₂键9，则重新下一个量测。 

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。 

Claims (4)

1.一种立木直径测定方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在选好的任一测点上，根据地形环境和通视情况，在地上标志一个特征点，打开激光发射器，使激光瞄准这个特征点，起到对中的作用；

其次，使激光发射器发射的激光瞄准被测立木指定高度的树干的一边，量测出激光发射器与树干上设定点的距离D₁，同时利用测角器测量出设定点的水平角，水平移动激光发射器的激光柱，使激光柱瞄准树干的另一边，并量测出激光发射器与树干另一边的距离D₂及其水平角，量测出立木指定高度树干的两边的水平角之差，获取立木指定高度树干的两边与激光发射器的夹角β，根据三角余弦定理得出立木指定高度的树干两边的距离，即为立木直径D；

$D=\sqrt{D_1^2+D_2^2-2D_1{D}_2\cos \mathrm{\β}};$

式中：D——立木树干2直径；

D₁——全站仪1与树干2一边视线切点的距离；

D₂——全站仪1与树干2另一边视线切点的距离；

β——全站仪1与立木树干2两边视线夹角。

2.一种权利要求1所述方法使用的立木直径测定器，它包括MCU(10)、MEMS测角传感器(11)、激光测距传感器(6)、存储器(12)、液晶显示器(1)、激光发射器(3)和电源(4)，电源(4)与各工作部件电气连接，MEMS测角传感器(11)和激光测距传感器(6)相互双向连接的同时与MCU(10)双向连接，存储器(12)以及液晶显示器(1)同时与外部控制部件双向连接的同时与MCE(10)双向连接。所述的外部控制部件也与MCU双向连接，激光发射器(3)直接与MCU双向连接。

3.根据权利要求2所述的测定器，其特征是所述的外部控制部件由手枪扳机(5)和液晶显示器下面的3个控制按钮F1(8)，F2(9)，F3(7)组成。

4.根据权利要求2所述的测定器，其特征是激光测距传感器(6)安装在枪状壳体的枪口正中间，激光发射器(3)安装在枪状壳体的枪托(2)的底部，电源开关(5)安装在枪托(2)上，液晶显示器(1)安装在枪杆尾部，在液晶显示器(1)的下部安装有外部控制部件(7，8，9)，MCU(10)、存储器(12)和电源(4)安装在枪状壳体中。