CN108120383B - 一种快速测量树高的仪器及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速测量树高的仪器及测量方法，包括单脚支架、固定板、滑动架、镜头、定距孔、控制器、第一角度测量器和第二角度测量器，其中，单脚支架与固定板的一个面的中部垂直设置，固定板的另一个面上设置有滑动架、定距孔、第一角度测量器和第二角度测量器，所述镜头安装在滑动架上；第一角度测量器用于测量单脚支架的相对于竖直方向的前后倾角g_f1，第二角度测量器用于测量单脚支架的相对于竖直方向的左右倾角g_r1；所述镜头、第一角度测量器和第二角度测量器均与控制器连接。

Description

一种快速测量树高的仪器及测量方法

技术领域

本发明涉及一种快速测量树高的仪器及测量方法。

背景技术

在森林资源清查以及林业调查研究中，树高是必要调查的一项指标。目前的树高测量器基于几何原理测量树高，在测量的同时需要测量仪器到被测树木的水平距离，费时费力，并且人工读数的误差较高，利用全站仪可以获得更为准确的测量结果，但是在林地架设全站仪不便，虽然也有不需要测量水平距离的测量仪器，但是对地形的要求较高。因此传统测量方式在精度和效率方面都难以保障。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种快速测量树高的仪器及测量方法，本发明为了提高森林调查过程中的准确性和效率，基于几何原理设计了一种树高的测量仪器，不需要测量仪器与被测物之间的水平距离，只需要在被测树木上设置一个参照点。参照点可以是人工标记的点，也可以是树干上自然存在的点。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种快速测量树高的仪器，包括单脚支架、固定板、滑动架、镜头、定距孔、控制器、第一角度测量器和第二角度测量器，其中，单脚支架与固定板的一个面的垂直设置，固定板的另一个面上设置有滑动架、定距孔、第一角度测量器和第二角度测量器，单脚支架与定距孔处于同一竖直线上，所述镜头安装在滑动架上；

第一角度测量器用于测量单脚支架的相对于竖直方向的前后倾角γ_f，第二角度测量器用于测量单脚支架的相对于竖直方向的左右倾角γ_r；所述镜头、第一角度测量器和第二角度测量器均与控制器连接。

优选的，所述滑动架为球面结构，其球心位于定距孔的测量人员一侧的1cm内。这样做的目的是使射入镜头的光线能够被测量人员的眼睛捕捉到。

优选的，所述固定板上还设置有显示屏，所述显示屏与控制器连接。

优选的，所述固定板上还设置有操作键盘，操作键盘与控制器连接。

优选的，所述滑动架上设置有容栅传感器。可以随着镜头的移动对镜头的视线的角度进行测定。

利用上述快速测量树高的仪器对树高的测量方法，包括如下步骤：

1)确定待测树木并在树干确定参照点；

2)将仪器的单脚支架置于地面，测量人员将一只眼睛置于定距孔，保持单脚支架的左右倾角γ_r1＝0，将镜头的中心十字移动至参照点T，测得镜头仰角β₁、单脚支架的前后倾角γ_f1，此时定距孔位置为A₁；

3)然后偏移单脚支架，使定距孔移动到另外不同于A₁的位置A₂，使得单脚支架的和前后倾角γ_f2＝0，将镜头的中心十字移动至参照点T，测得镜头仰角β₂、单脚支架的左右倾角γ_r2；

4)依据几何原理，计算测量仪器到树干的水平距离；

5)然后将镜头的中心十字移动至被测树木最顶端，测得镜头仰角α_t、单脚支架的前后倾角γ_ft和左右倾角γ_rt；

6)将镜头中心十字移至被测树木最基部，测得镜头，俯角α_b、单脚支架的前后倾角γ_fb和左右倾角γ_rb；

7)经过计算得到树高。

优选的，步骤2)和步骤3)中，依据在A₁和A₂测得的前后倾角和左右倾角，可以得出d₁和d₂分别是d的函数，

即：

d₁＝f₁(d)＝d-L·sinγ_f1 (1)

其中L是单脚支架竖直时定距孔中心到地面的高度，d₁和d₂是定距孔在位置A₁和A₂时定距孔到被测树干的水平距离，d是单脚支架竖直时定距孔到被测树干的水平距离。

依据在A₁和A₂测得的测得镜头仰角，得：

其中，未知数h_a是定距孔中心在A₁时参照点与定距孔的高差，已知数Δh是定距孔中心

从A₁到A₂垂直高差的变化值，计算方法如下：

Δh＝L·cosγ_r2-L·cosγ_f1 (5)；

根据公式(3)、(4)和(5)计算得到被测树木与仪器之间的水平距离d。

优选的，步骤5)和6)可得：

其中，σ_t和σ_b分别为镜头在测量树木顶端和基部时，单脚支架与垂直方向的夹角。

a_t＝|d_ttanα_t|-(L-L·cosσ_t) (10)；

a_b＝|d_btanα_b|+(L-L·cosσ_b) (11)；

h＝a_t+a_b (12)；

其中，d_t和d_b分别为在测量树木顶部仰角和基部的俯角时，定距孔与被测树木之间的水平距离；a_t和a_b分别为单脚支架竖直时，被测树木顶部和基部与定距孔的高差；h为树高。

上述仪器在测量距离和测量被测物宽度中的应用。

上述公式中的角度都是假设前倾或者右倾下测量，如果是左倾或者后倾，角度可以用负号表示，计算方法相同，但是正负号需要进一步调整。假设测量树木顶部时是仰视，角度为正值，测量树木基部时是俯角，角度为负值。测量参照点时，假设镜头也是仰角。所有其他情况都需要在计算过程中对符号进行进一步的调整。

本发明的有益效果为：

本发明基于几何原理设计了一种树高的测量仪器，不需要测量仪器与被测物之间的水平距离，只需要在被测树木上设置一个参照点。参照点可以是人工标记的点，也可以是树干上自然存在的点。可以提高森林调查过程中树高测量的准确性和效率。

附图说明

图1是本发明测量树高装置的正面结构示意图。

图2是本发明测量树高装置的侧面原理示意图。

图3是本发明测量树高装置的俯视原理示意图。

图4是本发明测量树高装置计算水平距离的水平几何原理示意图。

图5是本发明测量树高装置计算水平距离的垂直几何原理示意图。

图6是本发明电气原理示意图。

其中：1.镜头固定架，2.第二角度测量器，3.固定板，4.单脚支架，5.第一角度测量器，6.支架，7.定距孔，8.滑动架，9.镜头，10.操作键盘，11.显示屏。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1、图2和图3所示，一种快速测量树高的仪器，包括单脚支架4、固定板3、滑动架8、镜头9、定距孔7、控制器、第一角度测量器5和第二角度测量器2，其中，单脚支架4与固定板3的一个面的垂直设置，固定板3的另一个面上设置有滑动架8、定距孔7、第一角度测量器5和第二角度测量器2，单脚支架4与定距孔7处于同一竖直线上，所述镜头9安装在滑动架8上；

第一角度测量器5用于测量单脚支架4的相对于竖直方向的前后倾角γ_f1，第二角度测量器2用于测量单脚支架4的相对于竖直方向的左右倾角γ_r1；所述镜头9、第一角度测量器2和第二角度测量器5均与控制器连接。

滑动架8为球面结构，其球心位于定距孔的测量人员一侧的1cm内。这样做的目的是使射入镜头的光线能够被测量人员的眼睛捕捉到。固定板3上还设置有显示屏11，所述显示屏11与控制器连接。固定板3上还设置有操作键盘10，操作键盘10与控制器连接。

滑动架8上设置有容栅传感器，可以随着镜头的移动对镜头的视线的角度进行测定。

利用上述快速测量树高的仪器对树高的测量方法，如图4-图6，包括如下步骤：

1)确定待测树木并在树干确定参照点T；

2)将仪器的单脚支架置于地面，测量人员将一只眼睛置于定距孔，保持单脚支架的左右倾角γ_r1＝0，将镜头的中心十字移动至参照点T，测得镜头仰角β₁、单脚支架的前后倾角γ_f1，此时定距孔位置为A₁；

3)然后偏移单脚支架，使定距孔移动到另外不同于A₁的位置A₂，使得单脚支架的和前后倾角γ_f2＝0，将镜头的中心十字移动至参照点T，测得镜头仰角β₂、单脚支架的左右倾角γ_r2；

步骤2)和步骤3)中，依据在A₁和A₂测得的前后倾角和左右倾角，可以得出d₁和d₂分别是d的函数，

即：

d₁＝f₁(d)＝d-L·sinγ_f1 (1)

其中L是单脚支架竖直时定距孔中心到地面的高度，d₁和d₂是定距孔在位置A₁和A₂时定距孔到被测树干的水平距离，d是单脚支架竖直时定距孔到被测树干的水平距离。

依据在A₁和A₂测得的测得镜头仰角，得：

其中，未知数h_a是定距孔中心在A₁时参照点与定距孔的高差，已知数Δh是定距孔中心

从A₁到A₂垂直高差的变化值，计算方法如下：

Δh＝L·cosγ_r2-L·cosγ_f1 (5)；

根据公式(3)、(4)和(5)计算得到被测树木与仪器之间的水平距离d。

4)依据几何原理，计算测量仪器到树干的水平距离；

5)然后将镜头的中心十字移动至被测树木最顶端，测得镜头仰角α_t、单脚支架的前后倾角γ_ft和左右倾角γ_rt；

6)将镜头中心十字移至被测树木最基部，测得镜头俯角α_b、单脚支架的前后倾角γ_fb和左右倾角γ_rb；

步骤5)和6)可得：

其中，σ_t和σ_b分别为镜头在测量树木顶端和基部时，单脚支架与垂直方向的夹角。

a_t＝|d_ttanα_t|-(L-L·cosσ_t) (10)；

a_b＝|d_btanα_b|+(L-L·cosσ_b) (11)；

h＝a_t+a_b (12)；

其中，d_t和d_b分别为在测量树木顶部仰角和基部的俯角时，定距孔与被测树木之间的水平距离；a_t和a_b分别为单脚支架竖直时，被测树木顶部和基部与定距孔的高差；h为树高。

镜头9可以是望远镜头，也可以是普通镜头。

本发明测量过程中所使用的参照点可以是人工标识物，也可以是自然标识物。

本发明所涉及的装置，除用于测量树高以外，也可以测量距离，还可以测量被测物的宽度。

固定板上的连接的设备采用可折叠设计，方便携带。

镜头可以在镜头固定架上自由移动，固定架的边框装有容栅传感器，镜头视线的角度根据镜头的移动测定。固定架为球面弧形，其球心位于定距孔测量人员一侧1厘米内。

测量仪器使用前，需要在已知测量距离和被测物高度的条件下对其进行校正。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种快速测量树高的方法，其特征在于：

测量仪器包括：单脚支架、固定板、滑动架、镜头、定距孔、控制器、第一角度测量器和第二角度测量器，其中，单脚支架与固定板的一个面的垂直设置，固定板的另一个面上设置有滑动架、定距孔、第一角度测量器和第二角度测量器，单脚支架与定距孔处于同一竖直线上，所述镜头安装在滑动架上；

第一角度测量器用于测量单脚支架的相对于竖直方向的前后倾角γ_f1，第二角度测量器用于测量单脚支架的相对于竖直方向的左右倾角γ_r1；所述镜头、第一角度测量器和第二角度测量器均与控制器连接；

所述滑动架为球面结构，其球心位于定距孔的测量人员一侧的1cm内；

所述固定板上还设置有显示屏，所述显示屏与控制器连接；

所述固定板上还设置有操作键盘，操作键盘与控制器连接；

所述滑动架上设置有容栅传感器，可以随着镜头的移动对镜头的视线进行测定；

测量方法包括如下步骤：

1)确定待测树木并在树干确定参照点；

2)将仪器的单脚支架置于地面，测量人员将一只眼睛置于定距孔，保持单脚支架的左右倾角γ_r1＝0，将镜头的中心十字移动至参照点T，测得镜头仰角β₁、单脚支架的前后倾角γ_f1，此时定距孔位置为A₁；

3)然后偏移单脚支架，使定距孔到另外不同于A₁的位置A₂，使得单脚支架的和前后倾角γ_f2＝0，将镜头的中心十字移动至参照点T，测得镜头仰角β₂、单脚支架的左右倾角γ_r2；

4)依据几何原理，计算测量仪器到树干的水平距离；

5)然后将镜头的中心十字移动至被测树木最顶端，测得镜头仰角α_t、单脚支架的前后倾角γ_ft和左右倾角γ_rt；

6)将镜头中心十字移至被测树木最基部，测得镜头，俯角α_b、单脚支架的前后倾角γ_fb和左右倾角γ_rb；

7)经过计算得到树高。

2.根据权利要求1所述的快速测量树高的方法，其特征在于：步骤2)和步骤3)中，依据在A₁和A₂测得的前后倾角和左右倾角，可以得出d₁和d₂分别是d的函数，即：

即：

d₁＝f₁(d)＝d-L·sinγ_f1 (1)

其中L是单脚支架竖直时定距孔中心到地面的高度；d₁和d₂是定距孔在位置A₁和A₂时定距孔到被测树干的水平距离，d是单脚支架竖直时定距孔到被测树干的水平距离；

依据在A₁和A₂测得的测得镜头仰角，得：

其中，未知数h_a是定距孔中心在A₁时参照点与定距孔的高差，已知数Δh是定距孔中心从A₁到A₂垂直高差的变化值，计算方法如下：

Δh＝L·cosγ_r2-L·cosγ_f1 (5)；

根据公式(3)、(4)和(5)计算得到被测树木与仪器之间的水平距离d。

3.根据权利要求1所述的快速测量树高的方法，其特征在于：步骤5)和6)可得：

其中，σ_t和σ_b分别为镜头在测量树木顶端和基部时，单脚支架与垂直方向的夹角；

a_t＝|d_ttanα_t|-(L-L·cosσ_t) (10)；

a_b＝|d_btanα_b|+(L-L·cosσ_b) (11)；

h＝a_t+a_b (12)；

其中，d_t和d_b分别为在测量树木顶部仰角和基部的俯角时，定距孔与被测树木之间的水平距离；a_t和a_b分别为单脚支架竖直时，被测树木顶部和基部与定距孔的高差；h为树高。

4.权利要求1-3任一所述快速测量树高的方法在测量距离和测量被测物宽度中的应用。