CN112066925A - 一种立木胸径与立木高度的测量装置及测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立木胸径与立木高度的测量装置，属于立木测量设备技术领域，用以解决如何简单同时测量立木胸径和立木树高的问题，本装置包括：立木夹持装置和操作盒；所述立木夹持在所述立木夹持装置内；所述立木夹持装置包括第一尺条、第二尺条，所述操作盒内设置有倾角传感器以及激光测距装置；所述激光测距装置，用于测量激光测距装置和立木顶部以及立木底部的连线长度；所述倾角传感器，用于测量激光测距装置和立木顶部的连线与水平线的角度α以及测量激光测距装置和立木底部的连线与水平线的角度β。本装置结构简单，能够直接以及精确的测量立木的胸径以及高度。

Description

一种立木胸径与立木高度的测量装置及测量的方法

技术领域

本发明涉及立木测量设备技术领域，具体涉及一种立木胸径与立木高度的测量装置及测量的方法。

背景技术

胸径、树高是立木生长量的重要指标，在森林资源调查中具有重要意义。简便、快速、准确测量与入库不仅可以揭示立木的生长规律，也有助于生态学研究。

然而，传统的测量工具主要是卡尺、测径围尺等，功能单一、方式落后，人工读取，不够精准，记录数据易错，数据难以及时入库等，严重制约着森林资源调查工作。而且对于胸径大于50cm的大树，测量者可能需要他人的协助才能完成测量，存在着费时费力的现象。近年来，也出现了许多新兴产品，例如激光扫描仪、全站仪、电子条码尺等来解决这一问题，但上述产品存在着设备操作复杂、野外携带不便、抗干扰性差、设备成本高、测量效率低等诸多问题，并没有得到广泛推广应用。

对于树高，传统的目测法测量精度已远远无法满足树森林资源调查的要求，运用传感技术对立木高度进行测量已成为一种重要趋势。近年来，越来越多的专业立木测高仪在市场上出现，例如布鲁莱斯式测高器、经纬仪、全站仪、机载激光雷达等来解决立木高度测量不精确的问题，但由于这些仪器不方便携带、价格昂贵、操作复杂等一系列问题，并没有得到很广泛的应用。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗干扰性强、成本较低，结构简单以及操作简便的即可测量立木胸径又能测量立木高度的一体的一种立木胸径与立木高度的测量装置及测量的方法。

一种立木胸径与立木高度的测量装置，包括：立木夹持装置和操作盒；立木夹持在所述立木夹持装置内；所述立木夹持装置包括第一尺条、第二尺条，所述第一尺条的末端与所述第二尺条的末端活动连接，形成一开口角度可调的V型结构，立木夹持在所述V型结构内，所述操作盒上设置有倾角传感器以及激光测距装置；

所述激光测距装置，用于测量激光测距装置和立木顶部的连线长度L1、测量激光测距装置和立木底部的连线长度L2以及测量激光测距装置和立木的垂直距离L；

所述倾角传感器，用于测量激光测距装置和立木顶部的连线与水平线的角度α以及测量激光测距装置和立木底部的连线与水平线的角度β。

进一步地，

所述激光测距装置设置在操作盒顶部且激光测距装置的前端凸起面与立木外径相切设置。

进一步地，所述操作盒上设置有供第一尺条以及第二尺条转动的转动槽，所述第一尺条以及所述第二尺条的转动角度范围为0-90°

进一步地，所述操作盒内设置有第一转轴和第二转轴，所述第一尺条的末端设置在第一转轴转动，所述第二尺条的末端设置在第二转轴转动。

进一步地，所述操作盒内设置有第一角度测量机构、第二角度测量机构；

第一角度测量机构设置在第一尺条的末端，用于测量第一尺条转动的角度；

第二角度测量机构设置在第二尺条的末端，用于测量第二尺条转动的角度。

进一步地，所述操作盒内还包括显示装置，用于显示第一尺条和第二尺条测量的预设数据信息以及显示激光测距装置和立木顶部的连线长度L1、测量激光测距装置、立木底部的连线长度L2以及测量激光测距装置和立木的垂直距离L。

进一步地，其特征在于，所述操作盒内还包括数据处理集成模块，所述数据处理集成模块包括电源模块、微处理器、通讯单元以及数据存储单元。

一种基于立木胸径与立木高度的测量装置的立木胸径测量的方法，包括步骤：

S1：判断立木夹持装置的V型结构是否为预设张开水平状态；

S2：若V型结构是否为预设张开水平状态，启动开始测量；

S3：判断测量装置的第一尺条是否和立木相切以及判断测量装置的第二尺条是否和立木相切；

S4：若第一尺条和立木相切以及第二尺条和立木相切，则通过第一角度传感器获取第一尺条转动的角度α1以及通过第二角度传感器获取第二尺条转动的角度α2；

S5：通过激光测距装置获取激光测距装置与立木的间距。

S6：通过预设胸径计算公式得到所述立木胸径。

进一步地，

所述预设立木胸径算法公式包括：

上式中，d为立木的胸径大小，α1为第一尺条末端沿第一转轴转动的角度，α2为第二尺条沿第二转轴转动的角度，w为测距装置到立木的距离，z为第一尺条和第二尺条的宽度。

一种基于立木胸径与立木高度的测量装置的立木高度测量的方法，包括步骤：

通过激光测距装置获取激光测距装置和立木顶部的连线长度L1以及测量激光测距装置和立木底部的连线长度L2；

通过倾角传感器获取激光测距装置和立木顶部的连线与水平线的角度α以及测量激光测距装置和立木底部的连线与水平线的角度β；

按照预设高度计算公式得到所述立木高度；

所述预设高度计算公式为：

H＝h1+h2＝L1×sinα+L2×sinβ

其中h1为激光测距装置距离立木底部的垂直高度；h2为激光测距装置距离立木顶部的垂直高度。

(1)通过测量装置的第一尺条和第二尺条形成的V型结构，夹持住立木，然后通过第一角度传感器和第二角度传感器分别测量尺条和立木的夹角，并根据获取的两个夹角以及激光测距装置和数据的距离获取数据胸径的数据，能够更加精确的获取不对称立木的胸径，并且能够通过操作盒的显示装置快速读取立木胸径数据，操作方便，精确，减少了立木胸径测量人员人工手动记录的步骤，提高了立木胸径测量的工作效率。

(2)通过测量装置的倾角传感器和激光测距装置，获取激光测距装置距离立木顶部和立木底部的距离，然后根据倾角传感器获取激光测量装置的相应的角度，进而根据预设立木高度计算公式计算出相应的立木高度。操作方便，精确，提高了立木高度测量的工作效率。

(3)本测量装置能够同时实现立木胸径与立木高度的测量，结构简单，能够快速、便捷以及精准的测量立木的胸径和立木高度。

附图说明

图1是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的测量装置的结构示意图一。

图2是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的测量装置的几何等效图。

图3是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的测量装置的立木高度测量几何等效图。

图4是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的测量装置的结构示意图二。

图5是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的测量装置操作盒的局部结构示意图一。

图6是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的测量装置操作盒的机械结构图。

图7是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的测量装置操作盒的数据处理集成模块示意图。

图8是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的立木胸径测量时流程图。

图9是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的立木高度测量时流程图。

图10是本发明提供的一种立木胸径与立木高度的流程图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本实施例提供了一种立木胸径与立木高度的测量装置，如图1至图6所示，本装置包括：立木夹持装置和操作盒；所述立木夹持在所述立木夹持装置内；所述立木夹持装置包括第一尺条、第二尺条，所述第一尺条的末端与所述第二尺条的末端活动连接，形成一开口角度可调的V型结构，立木夹持在所述V型结构内，所述操作盒内设置有倾角传感器以及激光测距装置；

所述激光测距装置，用于测量激光测距装置和立木顶部的连线长度L1、测量激光测距装置和立木底部的连线长度L2以及测量激光测距装置和立木的垂直距离L；

所述倾角传感器，用于测量激光测距装置和立木顶部的连线与水平线的角度α以及测量激光测距装置和立木底部的连线与水平线的角度β。

所述激光测距装置设置在操作盒顶部且激光测距装置的前端凸起面与立木外径相切设置。

进一步地，所述操作盒上设置有供第一尺条以及第二尺条转动的转动槽，所述第一尺条以及所述第二尺条的转动角度范围为0-90°

进一步地，所述操作盒内设置有第一转轴和第二转轴，所述第一尺条的末端设置在第一转轴转动，所述第二尺条的末端设置在第二转轴转动。

进一步地，所述操作盒内设置有第一角度测量机构、第二角度测量机构；

第一角度测量机构设置在第一尺条的末端，用于测量第一尺条转动的角度；

第二角度测量机构设置在第二尺条的末端，用于测量第二尺条转动的角度。

如图1所示，Tleft为待测立木树干左半圆切面处的等效近似半圆，Tright为待测立木树干右半圆切面处的等效近似半圆；矩形y1组成装置左边尺条、矩形y2组成装置右边尺条(虚线x1、x2各自经过y1、y2的矩形中心并与y1、y2矩形的窄边垂直)，它们窄边的长度记为z；

r1、r2处装有固定配件、旋转轴(虚线x1、x5经过r1处旋转轴的圆心，虚线x2、x5经过r2处旋转轴的圆心，a1为虚线x1、x5的夹角，a2为虚线x2、x5的夹角)；

其中r1、r2处分别设置有角度传感器，即第一角度测量机构和第一角度测量机构，其两个旋转轴圆心之间距离记为s；

操作盒的顶部的L处装有激光测距传感器，虚线x4经过激光测距传感器前端凸起平面并与虚线x5平行，记虚线x4与x5之间的平行距离为w；虚线x3经过激光测距传感器前端凸起平面中心和两角度传感器r1、r2圆心连线中点并与虚线x4、x5垂直；虚线x6与x7处具有尺条角度限位卡，虚线x6与x7平行且之间的距离为6cm(根据国家森林资源连续清查技术规程规定，立木胸径测量应大于6cm)；G处装有装置运行所需的电源模块与电路板等。

进一步地，所述操作盒内还包括显示装置，用于显示第一尺条和第二尺条测量的预设数据信息以及显示激光测距装置和立木顶部的连线长度L1、测量激光测距装置、立木底部的连线长度L2以及测量激光测距装置和立木的垂直距离L。

进一步地，所述操作盒内还包括数据处理集成模块，所述数据处理集成模块包括电源模块、微处理器、通讯单元以及数据存储单元。

进一步地，所述第一尺条或第二尺条上设置有记录键，用于记录第一尺条和第二尺条测量立木胸径时的数据，并通过通信单元，将第一尺条和第二尺条测量的预设数据信息显示在显示装置上并记录在数据存储单元中。

进一步地，本实施例中提供的测量装置中还包括倾角传感器，所述倾角传感器设置在操作盒内，和激光测距装置设置在同一条水平线上，如图1所示，所述倾角传感器设置在激光测距传感器前端凸起平面中心和两角度传感器r1、r2圆心连线中点的连线上。

如图4所示的装置，101为第一尺条，其用途是在胸径测量时与立木柱面相切；102为第二尺条，其用途是在胸径测量时与立木柱面相切，底面装有连接102至103的信号线；

103为记录键，其用途是在测量时按下它就可以记录数据；

104为激光测距传感器前端凸起面，其用途是在胸径测量时与立木柱面相切；

105为激光测距传感器，其用途是在树高测量时对立木底部和顶部的距离进行相应测量；

其中：106为操作盒，表面有显示屏、开关、按键，在内部装有微处理器的集成电路、电池、蓝牙、两个角度传感器、一个倾角传感器、两个尺条旋转连接轴、固定配件等，其用途是实现101、102两者反向旋转后与立木外径相切，之后根据传感器返回来的数据通过微处理器来计算出立木胸径，并提供人机交互的界面，可与手机或电脑上的上位机软件进行数据传输。

106的左、中、右视图如图5所示，41、42、44、45都是矩形为尺条可旋转范围，其中42、44矩形长边的长度等于101或102尺条矩形短边的长度。中间视图下部分凸起致使101尺条的旋转范围在顺时针0-90°内以及102尺条的旋转范围在逆时针0-90°内，46为激光测距传感器前端凸起面，其位于激光测距传感器中间视图的几何中心。

106内部结构三维图如图6所示，401、403为旋转轴；402、404为角度传感器；402下方固定有101，两者可同时围绕401旋转；404下方固定有102，使两者同时围绕403旋转。405为角度限位卡，可使101与102同时限位在0-90°旋转。

其中控制盒的集成电路由电源模块、微处理器、角度传感器、激光测距传感器、倾角传感器、SD卡等模块构成，内部结构框图如图7所示。微处理器选用高性能、低成本、低功耗的STC15芯片；电池采用3.7V锂电池供电。

微处理器STC15需要处理传感器返回来的数据、按键扫描、修改显示屏内容、向上位机机和SD卡传送数据等操作。

具体的本立木胸径与立木高度的测量装置的测量步骤为：

步骤一：打开106上的开关显示胸径测量界面。张开尺条，将测量装置靠近立木，开始胸径测量。

步骤二：同时旋转101尺条、102尺条与激光测距传感器前端凸起面相切于立木柱面。

步骤三：保持101尺条、102尺条与激光测距传感器前端凸起面相切于立木柱面的状态，按下102尺条上的103按键可记录当前立木胸径的大小。

步骤四：在106上的显示屏可读取当前的胸径测量值，可通过操作按键来实现数据保存、清除、上传等操作，当前立木胸径测量在此步骤之前完成。

步骤五：按下106上的翻页按键，切换到树高测量界面。保持将激光测距传感器对准立木底部的状态，按下102尺条上的103按键可记录h1高度大小。

步骤六：保持将激光测距传感器对准立木顶部的状态，按下102尺条上的103按键可记录h2高度大小。

步骤七：在106上的显示屏可读取当前的树高测量值，可通过操作按键来实现数据保存、清除、上传等操作，当前立木胸径与树高测量已完成。

本实施例提供的一种立木胸径与立木高度的测量装置，能够通过立木夹持装置和激光测距装置获取立木的胸径，通过倾角传感器获取当前激光测距装置的倾斜角度，从而计算出当前立木的高度，实现了立木胸径和立木高度均能通过本测量装置获取的目的，结构简单，计算精确，操作简便，提高了操作者的使用体验。

实施例二

本实施例提供了一种立木胸径和立木高度的测量装置的立木胸径测量方法，如图7所示，

本基于立木胸径与立木高度的测量装置的立木胸径测量的方法，包括步骤：

S1：判断立木夹持装置的V型结构是否为预设张开水平状态；

S2：若V型结构是否为预设张开水平状态，启动开始测量；

S3：判断测量装置的第一尺条是否和立木相切以及判断测量装置的第二尺条是否和立木相切；

S4：若第一尺条和立木相切以及第二尺条和立木相切，则通过第一角度传感器获取第一尺条转动的角度α1以及通过第二角度传感器获取第二尺条转动的角度α2；

S5：通过激光测距装置获取激光测距装置与立木的间距。

S6：通过预设胸径计算公式得到所述立木胸径。

其中所述预设立木胸径算法公式包括：

上式中，d为立木的胸径大小，α1为第一尺条末端沿第一转轴转动的角度，α2为第二尺条沿第二转轴转动的角度，w为测距装置到立木的距离，z为第一尺条和第二尺条的宽度。

具体的预设立木胸径算法公式为：

R1计算公式：

2)R2计算公式：

3)立木胸径d计算公式：

从而可以通过本立木胸径与立木高度的测量装置，获取立木胸径的直径d。

本方法，测量准确，简单，能够很快的测量出不对称立木的胸径。

实施例三

本实施例提供了一种立木胸径与立木高度的测量装置的立木高度测量方法，如图8至10所示，本方法包括步骤：

通过激光测距装置获取激光测距装置和立木顶部的连线长度L1以及测量激光测距装置和立木底部的连线长度L2；

通过倾角传感器获取激光测距装置和立木顶部的连线与水平线的角度α以及测量激光测距装置和立木底部的连线与水平线的角度β；

按照预设高度计算公式得到所述立木高度；

所述预设高度计算公式为：

H＝h1+h2＝L1×sinα+L2×sinβ

其中h1为激光测距装置距离立木底部的垂直高度；h2为激光测距装置距离立木顶部的垂直高度。

具体的：其测量几何等效图如图3所示。当进行测量时，需要操作人员手持装置，各在所测立木底部和顶部进行激光束照射，其中距离L1与L2由装置上的激光测距传感器测量得到，角度α和β由装置上的倾角传感器测量得出。设所测立木高度为H，

h1计算公式：

h1＝L1×sinα (4)

h2计算公式：

h2＝L2×sinβ (5)

立木高度H计算公式：

H＝h1+h2＝L1×sinα+L2×sinβ (6)

根据公式(4)可以求出h1的高度大小，同理根据公式(5)可以求出h2的高度大小，所以公式(6)立木的高度H＝h1+h2。

本实施例提供的立木高度测量方法通过测量装置的倾角传感器和激光测距装置，获取激光测距装置距离立木顶部和立木底部的距离，然后根据倾角传感器获取激光测量装置的相应的角度，进而根据预设立木高度计算公式计算出相应的立木高度。操作方便，精确，提高了立木高度测量的工作效率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种立木胸径与立木高度的测量装置，包括：立木夹持装置和操作盒；立木夹持在所述立木夹持装置内；其特征在于，所述立木夹持装置包括第一尺条、第二尺条，所述第一尺条的末端与所述第二尺条的末端活动连接，形成一开口角度可调的V型结构，立木夹持在所述V型结构内，所述操作盒上设置有倾角传感器以及激光测距装置；

所述激光测距装置，用于测量激光测距装置和立木顶部的连线长度L1、测量激光测距装置和立木底部的连线长度L2以及测量激光测距装置和立木的垂直距离L；

所述倾角传感器，用于测量激光测距装置和立木顶部的连线与水平线的角度α以及测量激光测距装置和立木底部的连线与水平线的角度β。

2.根据权利要求1所述的一种立木胸径与立木高度的测量装置，其特征在于，

所述激光测距装置设置在操作盒顶部且激光测距装置的前端凸起面与立木外径相切设置。

3.根据权利要求1所述的一种立木胸径与立木高度的测量装置，其特征在于，所述操作盒上设置有供第一尺条以及第二尺条转动的转动槽，所述第一尺条以及所述第二尺条的转动角度范围为0-90°

4.根据权利要求3所述的一种立木胸径与立木高度的测量装置，其特征在于，所述操作盒内设置有第一转轴和第二转轴，所述第一尺条的末端设置在第一转轴转动，所述第二尺条的末端设置在第二转轴转动。

5.根据权利要求4所述的一种立木胸径与立木高度的测量装置，其特征在于，所述操作盒内设置有第一角度测量机构、第二角度测量机构；

第一角度测量机构设置在第一尺条的末端，用于测量第一尺条转动的角度；

第二角度测量机构设置在第二尺条的末端，用于测量第二尺条转动的角度。

6.根据权利要求1所述的一种立木胸径与立木高度的测量装置，其特征在于，所述操作盒内还包括显示装置，用于显示第一尺条和第二尺条测量的预设数据信息以及显示激光测距装置和立木顶部的连线长度L1、测量激光测距装置、立木底部的连线长度L2以及测量激光测距装置和立木的垂直距离L。

7.根据权利要求1所述的一种立木胸径与立木高度的测量装置，其特征在于，所述操作盒内还包括数据处理集成模块，所述数据处理集成模块包括电源模块、微处理器、通讯单元以及数据存储单元。

8.一种基于权利要求1至7任意一项所述的立木胸径与立木高度的测量装置的立木胸径测量的方法，其特征在于，包括步骤：

S1：判断立木夹持装置的V型结构是否为预设张开水平状态；

S2：若V型结构是否为预设张开水平状态，启动开始测量；

S3：判断测量装置的第一尺条是否和立木相切以及判断测量装置的第二尺条是否和立木相切；

S4：若第一尺条和立木相切以及第二尺条和立木相切，则通过第一角度传感器获取第一尺条转动的角度α1以及通过第二角度传感器获取第二尺条转动的角度α2；

S5：通过激光测距装置获取激光测距装置与立木的间距。

S6：通过预设胸径计算公式得到所述立木胸径。

9.根据权利要求8所述的一种立木胸径测量的方法，其特征在于，

所述预设立木胸径算法公式包括：

上式中，d为立木的胸径大小，α1为第一尺条末端沿第一转轴转动的角度，α2为第二尺条沿第二转轴转动的角度，w为测距装置到立木的距离，z为第一尺条和第二尺条的宽度。

10.一种基于权利要求1至7任意一项所述的立木胸径与立木高度的测量装置的立木高度测量的方法，其特征在于，包括步骤：

通过激光测距装置获取激光测距装置和立木顶部的连线长度L1以及测量激光测距装置和立木底部的连线长度L2；

通过倾角传感器获取激光测距装置和立木顶部的连线与水平线的角度α以及测量激光测距装置和立木底部的连线与水平线的角度β；

按照预设高度计算公式得到所述立木高度；

所述预设高度计算公式为：

H＝h1+h2＝L1×sinα+L2×sinβ

其中h1为激光测距装置距离立木底部的垂直高度；h2为激光测距装置距离立木顶部的垂直高度。

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