CN117629088A - 一种便携式树木直径激光自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测距装置领域，特别是涉及一种便携式树木直径激光自动测量装置，包括测量机构；测量机构包括支架、第一弧杆、第二弧杆、测量绳和第一测距组件，支架为弧形，第一弧杆和第二弧杆滑动设置于支架上，第一弧杆、第二弧杆和支架两两平行，且第一弧杆和第二弧杆绕一预设圆心相对转动，预设圆心与支架的弧心重合，测量绳的长度为预设值，测量绳的两端分别固定安装于第一弧杆和第二弧杆上。当测量绳在树木上覆盖一周后，第一弧杆与树木之间的测量绳和第二弧杆与树木之间的测量绳在同一条直线上，且与树木的周面相切，通过第一测距组件可以得出其长度，继而得出缠绕在树木上测量绳的长度，并计算出树木的直径。

Description

一种便携式树木直径激光自动测量装置

技术领域

本发明涉及测距装置领域，特别是涉及一种便携式树木直径激光自动测量装置。

背景技术

森林资源调查中，直径是一个重要的的林分测量数据，它是反映活力木质量和生长量的最基本因子之一。树木直径在树干水分变化时会发生自然收缩和扩张，此外，当树干固定了二氧化碳进而引起树木生长，直径也会发生变化。对树木直径进行长期在线监测，有助于了解树木短期的直径变化、长期的生长量和生长速率变化的规律，对于森林培育、森林蓄积量调查等，具有重要的意义。

树木直径最原始、最直接的测量方式是人工用围尺进行测量，这种传统的树木直径测量主要采用直径围尺和树木直径卡尺来实现的，这两种工具还都是人工读数，存在人为误差，耗时费力，效率较低，而且测量时人手与树干不可避免的接触，容易遭受虫蚁叮咬，同时人工读取刻度，也容易产生误差。所以传统测量方式的精度和效率都难以保障。

发明内容

基于此，有必要针对目前测量树木直径不方便的问题，提供一种便携式树木直径激光自动测量装置。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种便携式树木直径激光自动测量装置，包括测量机构和手持机构；测量机构包括支架、第一弧杆、第二弧杆、测量绳和第一测距组件，支架为弧形，第一弧杆和第二弧杆滑动设置于支架上，第一弧杆、第二弧杆和支架两两平行，且第一弧杆和第二弧杆绕一预设圆心相对转动，预设圆心与支架的弧心重合，测量绳的长度为预设值，测量绳的两端分别固定安装于第一弧杆和第二弧杆上。

当将树木放置于支架的内侧，第一弧杆和第二弧杆绕预设圆心转动时，测量绳能够缠绕在树木周面，第一测距组件能够检测出测量绳未缠绕在树木上的长度；手持机构用于分析测量机构检测的数据。

优选的，支架内部开设有第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽为弧形，且第一滑槽和第二滑槽的弧心与支架的弧心重合，第一滑槽的一端贯穿支架的一端，第二弧槽的一端贯穿支架的另一端，第一弧杆的一端滑动设置于第一滑槽中，第一弧杆的另一端位于第一滑槽的外部，第二弧杆的一端滑动设置于第二滑槽中，第二弧杆的另一端位于第二滑槽的外部。

优选的，第一测距组件包括第一激光发射器和第一激光接收器，第一激光发射器转动设置于第一弧杆上，第一激光接收器转动设置于第二弧杆上，且第一激光接收器能够接收到第一激光发射器发射的信号。

优选的，第一测距组件还包括第一电机和第二电机，第一电机安装于第一弧杆上，第二电机安装于第二弧杆上，第一电机的输出端的轴线垂直于第一弧杆和支架组成的圆所在的平面，第二电机的输出端的轴线垂直于第二弧杆和支架组成的圆所在的平面，第一激光发射器固定安装于第一电机的输出端，第一激光接收器固定安装于第二电机的输出端。

优选的，测量机构还包括第一驱动部和第二驱动部，第一驱动部设置于支架一个端部位置，第二驱动部设置于支架另一个端部位置，第一驱动部包括固定板、第三电机和齿轮，支架内部开设有第一转槽和第二转槽，第一转槽和第一滑槽连通，第二转槽和第二滑槽连通，第一弧杆朝向第一转槽的一面设有齿牙，第二弧杆朝向第二转槽的一面设有齿牙，固定板安装于支架的外侧面上，第三电机安装于固定板上，齿轮转动设置于第一转槽中，且齿轮固定安装于第三电机的输出端上，且齿轮与第一弧杆上的齿牙啮合，第二驱动部和第一驱动部的结构相同，第二驱动部的齿轮转动设置于第二转槽中，且第二驱动部的齿轮和第二弧杆上的齿牙啮合。

优选的，还包括第二检测机构，第二检测机构包括伸缩杆和第二测距组件，伸缩杆沿支架径向方向延伸设置于支架内侧上，且伸缩杆的一端固定安装于支架的中部，测量绳的中部与伸缩杆的另一端连接，在测量绳绷紧的情况下，伸缩杆垂直于测量绳未缠绕在树木上的部分，第二测距组件安装于伸缩杆上，用于检测伸缩杆的伸长量。

优选的，伸缩杆可自由伸缩，在测量绳绷紧情况下，伸缩杆与第一弧杆之间的测量绳和伸缩杆与第二弧杆之间的测量绳平行，且测量绳与第一弧杆和第二弧杆滑动的方向平行。

优选的，第二测距组件包括第二激光发射器和第二激光接收器，第二激光发射器安装于伸缩杆靠近支架的一端，第二激光接收器安装于伸缩杆靠近测量绳的一端，第二激光发射器和第二激光接收器位于同一平面上，且第二激光接收器能够接收到第二激光发射器发出的信号。

优选的，手持机构包括控制箱、握把、电推杆，控制箱内设有集成电路板，用于对第一测距组件和第二测距组件测得的数据计算分析，握把设置于控制箱上，电推杆的一端安装于控制箱上，电推杆的另一端安装于支架的外侧面上。

优选的，握把上设有按键，集成电路板分别与按键、第一电机、第二电机、第一测距组件和第二测距组件电连接，第一驱动部和第二驱动部的第三电机与集成电路板电连接。

本发明的有益效果是：支架、第一弧杆和第二弧杆两两平行且同心设置，在支架靠近树木后，第一弧杆和第二弧杆能够转动将树木围绕起来，通过测量绳和第一弧杆和第二弧杆的配合设置，第一弧杆和第二弧杆在相对转动时，测量绳已经与树木接触，此时第一弧杆与第二弧杆相对转动，测量绳能够将树木缠绕，当测量绳在树木上覆盖一周后，第一弧杆与树木之间的测量绳和第二弧杆与树木之间的测量绳在同一条直线上，且与树木的周面相切，通过第一测距组件可以得出其长度，继而得出缠绕在树木上测量绳的长度，并计算出树木的直径。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种便携式树木直径激光自动测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种便携式树木直径激光自动测量装置的支架的示意图；

图3为图2中H-H向的剖视图；

图4为图2中K-K向的剖视图；

图5为本发明实施例提供的一种便携式树木直径激光自动测量装置的工作状态图；

图6为本发明实施例提供的一种便携式树木直径激光自动测量装置的测量机构的测量数据分析图。

其中：101、支架；102、第一弧杆；103、第二弧杆；104、测量绳；105、第一滑槽；106、第二滑槽；107、第一激光发射器；108、第一激光接收器；109、第一电机；110、第二电机；111、固定板；112、第三电机；113、齿轮；114、第一转槽；115、伸缩杆；116、第二激光发射器；117、第二激光接收器；201、控制箱；202、握把；203、电推杆；204、三维激光扫描仪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至图6所示，本发明实施例提供的一种便携式树木直径激光自动测量装置，包括测量机构和手持机构。

测量机构包括支架101、第一弧杆102、第二弧杆103、测量绳104和第一测距组件，支架101为弧形，第一弧杆102和第二弧杆103滑动设置于支架101上，第一弧杆102、第二弧杆103和支架101两两平行，且第一弧杆102和第二弧杆103绕一预设圆心相对转动，预设圆心与支架101的弧心重合，测量绳104的长度为预设值，测量绳104的两端分别固定安装于第一弧杆102和第二弧杆103上。

当将树木放置于支架101的内侧，第一弧杆102和第二弧杆103绕预设圆心转动时，测量绳104能够缠绕在树木周面，第一测距组件能够检测出测量绳104未缠绕在树木上的长度；手持机构用于分析测量机构检测的数据。

支架101、第一弧杆102和第二弧杆103两两平行且同心设置，在支架101靠近树木后，第一弧杆102和第二弧杆103能够转动将树木围绕起来，通过测量绳104和第一弧杆102和第二弧杆103的配合设置，第一弧杆102和第二弧杆103在相对转动时，测量绳104已经与树木接触，此时第一弧杆102与第二弧杆103相对转动，测量绳104能够将树木缠绕，当测量绳104在树木上覆盖一周后，第一弧杆102与树木之间的测量绳104和第二弧杆103与树木之间的测量绳104在同一条直线上，且与树木的周面相切，通过第一测距组件可以得出其长度，继而得出缠绕在树木上测量绳104的长度，并计算出树木的直径。

在本实施例中，支架101内部开设有第一滑槽105和第二滑槽106，第一滑槽105和第二滑槽106为弧形，且第一滑槽105和第二滑槽106的弧心与支架101的弧心重合，第一滑槽105和第二滑槽106平行，第一滑槽105的一端贯穿支架101的一端，第二弧槽的一端贯穿支架101的另一端，第一弧杆102的一端滑动设置于第一滑槽105中，第一弧杆102的另一端位于第一滑槽105的外部，第二弧杆103的一端滑动设置于第二滑槽106中，第二弧杆103的另一端位于第二滑槽106的外部，第一弧杆102在第一滑槽105中滑动伸出后与支架101能够组成一个完整的圆，第二弧杆103在第二滑槽106中滑动伸出后与支架101能够组成一个完整的圆，第一弧杆102和第二弧杆103的滑动方向相反，在测量绳104与树木接触后，第一弧杆102带动测量绳104绕树木半周，第二弧杆103带动测量绳104绕树木半周，此时工作人员无需对支架101施加额外作用力，未缠绕在树木上的测量绳104在同一条直线上，且相切于树木。

在本实施例中，第一测距组件包括第一激光发射器107和第一激光接收器108，第一激光发射器107转动设置于第一弧杆102上，第一激光接收器108转动设置于第二弧杆103上，且第一激光接收器108能够接收到第一激光发射器107发射的信号。

在本实施例中，第一测距组件还包括第一电机109和第二电机110，第一电机109安装于第一弧杆102上，第二电机110安装于第二弧杆103上，第一电机109的输出端的轴线垂直于第一弧杆102和支架101组成的圆所在的平面，第二电机110的输出端的轴线垂直于第二弧杆103和支架101组成的圆所在的平面，第一激光发射器107固定安装于第一电机109的输出端，第一激光接收器108固定安装于第二电机110的输出端，第一电机109和第二电机110的转动速度相同，转动方向相反，在测量绳104对树木缠绕后，第一激光发射器107跟随第一电机109转动，第一激光接收器108跟随第二电机110转动，第一激光发射器107和第一激光接收器108能够在转动到与未缠绕在树木上的测量绳104平行时完成信号的传递，由此可检测出未缠绕在树木上的测量绳104的长度，测量绳104的总长减去未缠绕在树木上的测量绳104的长度即可得出缠绕在树木上的测量绳104的长度，由公式C=πd，C为缠绕在树木一周的测量绳104的长度，d为树木的直径，π为常数。

在本实施例中，测量机构还包括第一驱动部和第二驱动部，第一驱动部设置于支架101一个端部位置，第二驱动部设置于支架101另一个端部位置，第一驱动部包括固定板111、第三电机112和齿轮113，支架101内部开设有第一转槽114和第二转槽，第一转槽114和第一滑槽105连通，第二转槽和第二滑槽106连通，第一弧杆102朝向第一转槽114的一面设有齿牙，第二弧杆103朝向第二转槽的一面设有齿牙，固定板111安装于支架101的外侧面上，第三电机112安装于固定板111上，齿轮113转动设置于第一转槽114中，且齿轮113固定安装于第三电机112的输出端上，且齿轮113与第一弧杆102上的齿牙啮合，第二驱动部和第一驱动部的结构相同，第二驱动部的齿轮113转动设置于第二转槽中，且第二驱动部的齿轮113和第二弧杆103上的齿牙啮合，第一驱动部的第三电机112和第二驱动部的第三电机112转动方向相反，且第一弧杆102和第二弧杆103在第一驱动部和第二驱动部的作用下同时转动，第一弧杆102和第二弧杆103的滑动距离相等。

在本实施例中，便携式树木直径激光自动测量装置还包括第二检测机构，第二检测机构包括伸缩杆115和第二测距组件，伸缩杆115沿支架101径向方向延伸设置于支架101内侧上，且伸缩杆115的一端固定安装于支架101的中部，测量绳104的中部与伸缩杆115的另一端连接，在测量绳104绷紧的情况下，伸缩杆115垂直于测量绳104未缠绕在树木上的部分，第二测距组件安装于伸缩杆115上，用于检测伸缩杆115的伸长量，伸缩杆115指向支架101弧心且垂直于第一弧杆102和第二弧杆103之间的连线，由垂径定理和勾股定理可得出图6中ED的长度，则FE=AD-ED-AF，FE为树木的直径，AD为支架101的内径，AF为伸缩杆115的长度，FE和d的长度进行比较，误差较小说明该树木截面较为规整，误差较大说明该树木的截面为椭圆，两个测量结果同时也提高了树木直径的准确性。

在本实施例中，伸缩杆115可自由伸缩，在测量绳104绷紧情况下，伸缩杆115与第一弧杆102之间的测量绳104和伸缩杆115与第二弧杆103之间的测量绳104平行，且测量绳104与第一弧杆102和第二弧杆103滑动的方向平行，在测量时，测量绳104绕树木围成的圆在一个平面上，提高了测量的准确性，同时伸缩杆115不会对测量绳104造成拉扯，进一步提高数据的可靠性。

在本实施例中，第二测距组件包括第二激光发射器116和第二激光接收器117，第二激光发射器116安装于伸缩杆115靠近支架101的一端，第二激光接收器117安装于伸缩杆115靠近测量绳104的一端，第二激光发射器116和第二激光接收器117位于同一平面上，且第二激光接收器117能够接收到第二激光发射器116发出的信号。

在本实施例中，手持机构包括控制箱201、握把202、电推杆203，控制箱201内设有集成电路板，用于对第一测距组件和第二测距组件测得的数据计算分析，握把202设置于控制箱201上，电推杆203的一端安装于控制箱201上，电推杆203的另一端安装于支架101的外侧面上，电推杆203能够伸缩，便于在特殊情况下能够缩短支架101与待测树木之间的距离，便于操作，通过控制箱201，无需人工计算，方便快捷，控制箱201上安装有三维激光扫描仪204，三维激光扫描仪204能够将树木的高度及树冠的形状扫描出来，通过集成电路板计算出数值。

在本实施例中，握把202上设有按键，集成电路板分别与按键、第一电机109、第二电机110、第一测距组件和第二测距组件电连接，第一驱动部和第二驱动部的第三电机112与集成电路板电连接，按键通过电路板控制第一驱动部和第二驱动部的第三电机112启动，第三电机112启动一段时间停止后，则集成电路板控制第一电机109和第二电机110同时启动，此时第一测距组件和第二测距组件测得的数据传回集成电路板处理，控制箱201的表面设有显示屏，能够显示出测量的最终数据。

本实施例提供的一种便携式树木直径激光自动测量装置的工作原理和工作方法为：

首先工人手持握把202部位，将支架101的开口方向朝向待测树木，并经支架101以与待测位置垂直的角度靠近树木，待树木完全进入到支架101的直径范围内，此时按压按键，两个第三电机112同时启动，其中一个第三电机112通过其端部的齿轮113带动第一弧杆102在第一滑槽105中滑动，另一个第三电机112通过其端部的齿轮113带动第二弧杆103在第二弧槽中滑动，第一弧杆102和第二弧杆103同时绕预设圆心转动，且第一弧杆102与第二弧杆103转动反向相反，第一弧杆102和第二弧杆103带动测量绳104对树木进行缠绕，当树木上的测量绳104刚好缠绕一周后，测量绳104两端对测量绳104中部的拉力一致，伸缩杆115连接有测量绳104的一端抵接到树木上，第一弧杆102和第二弧杆103受到阻力后，两个第三电机112停止转动，此时的伸缩杆115垂直于树木的中心。

在测量树木直径的同时，启动三维激光扫描仪204，同时检测树木的高度及冠幅。

接着第一电机109和第二电机110启动，第一电机109带动第一激光发射器107转动，第二电机110带动第一激光接收器108转动，第一激光发射器107和第一激光接收器108的转动方向相反，当第一激光接收器108接收到第一激光发射器107的信号时，此时第一激光发射器107发射的激光信号与未缠绕在树木上的测量绳104平行，第一激光发射器107和第一激光接收器108将数据传输到集成电路板上，经过集成电路板的分析后计算得出树木直径。

同时第二激光发射器116和第二激光接收器117检测到的数据一同由集成电路板分析后计算，经过两组数据的对比，可以得出该树木相对准确的直径以及截面的规整度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，包括：测量机构和手持机构；

测量机构包括支架、第一弧杆、第二弧杆、测量绳和第一测距组件，支架为弧形，第一弧杆和第二弧杆滑动设置于支架上，第一弧杆、第二弧杆和支架两两平行，且第一弧杆和第二弧杆绕一预设圆心相对转动，预设圆心与支架的弧心重合，测量绳的长度为预设值，测量绳的两端分别固定安装于第一弧杆和第二弧杆上；

当将树木放置于支架的内侧，第一弧杆和第二弧杆绕预设圆心转动时，测量绳能够缠绕在树木周面，第一测距组件能够检测出测量绳未缠绕在树木上的长度；

手持机构用于分析测量机构检测的数据。

2.根据权利要求1所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，支架内部开设有第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽为弧形，且第一滑槽和第二滑槽的弧心与支架的弧心重合，第一滑槽的一端贯穿支架的一端，第二弧槽的一端贯穿支架的另一端，第一弧杆的一端滑动设置于第一滑槽中，第一弧杆的另一端位于第一滑槽的外部，第二弧杆的一端滑动设置于第二滑槽中，第二弧杆的另一端位于第二滑槽的外部。

3.根据权利要求2所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，第一测距组件包括第一激光发射器和第一激光接收器，第一激光发射器转动设置于第一弧杆上，第一激光接收器转动设置于第二弧杆上，且第一激光接收器能够接收到第一激光发射器发射的信号。

4.根据权利要求3所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，第一测距组件还包括第一电机和第二电机，第一电机安装于第一弧杆上，第二电机安装于第二弧杆上，第一电机的输出端的轴线垂直于第一弧杆和支架组成的圆所在的平面，第二电机的输出端的轴线垂直于第二弧杆和支架组成的圆所在的平面，第一激光发射器固定安装于第一电机的输出端，第一激光接收器固定安装于第二电机的输出端。

5.根据权利要求4所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，测量机构还包括第一驱动部和第二驱动部，第一驱动部设置于支架一个端部位置，第二驱动部设置于支架另一个端部位置，第一驱动部包括固定板、第三电机和齿轮，支架内部开设有第一转槽和第二转槽，第一转槽和第一滑槽连通，第二转槽和第二滑槽连通，第一弧杆朝向第一转槽的一面设有齿牙，第二弧杆朝向第二转槽的一面设有齿牙，固定板安装于支架的外侧面上，第三电机安装于固定板上，齿轮转动设置于第一转槽中，且齿轮固定安装于第三电机的输出端上，且齿轮与第一弧杆上的齿牙啮合，第二驱动部和第一驱动部的结构相同，第二驱动部的齿轮转动设置于第二转槽中，且第二驱动部的齿轮和第二弧杆上的齿牙啮合。

6.根据权利要求5所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，还包括第二检测机构，第二检测机构包括伸缩杆和第二测距组件，伸缩杆沿支架径向方向延伸设置于支架内侧上，且伸缩杆的一端固定安装于支架的中部，测量绳的中部与伸缩杆的另一端连接，在测量绳绷紧的情况下，伸缩杆垂直于测量绳未缠绕在树木上的部分，第二测距组件安装于伸缩杆上，用于检测伸缩杆的伸长量。

7.根据权利要求6所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，伸缩杆可自由伸缩，在测量绳绷紧情况下，伸缩杆与第一弧杆之间的测量绳和伸缩杆与第二弧杆之间的测量绳平行，且测量绳与第一弧杆和第二弧杆滑动的方向平行。

8.根据权利要求6所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，第二测距组件包括第二激光发射器和第二激光接收器，第二激光发射器安装于伸缩杆靠近支架的一端，第二激光接收器安装于伸缩杆靠近测量绳的一端，第二激光发射器和第二激光接收器位于同一平面上，且第二激光接收器能够接收到第二激光发射器发出的信号。

9.根据权利要求6所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，手持机构包括控制箱、握把、电推杆，控制箱内设有集成电路板，用于对第一测距组件和第二测距组件测得的数据计算分析，握把设置于控制箱上，电推杆的一端安装于控制箱上，电推杆的另一端安装于支架的外侧面上。

10.根据权利要求9所述的一种便携式树木直径激光自动测量装置，其特征在于，握把上设有按键，集成电路板分别与按键、第一电机、第二电机、第一测距组件和第二测距组件电连接，第一驱动部和第二驱动部的第三电机与集成电路板电连接。