专利名称：一种测量树高的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在森林资源监测和林业调查中测量树高的装置，特别是一种在不测量水平距离和树前不放置配合测量的标杆条件下测量树高的装置。
背景技术：
在森林资源监测和林业调查中，树高是一个非常重要的因子，而树高的测量一直是一个难以解决的问题，实际工作中通常采用目估法或测高器测高。目估法与个人的经验密切相关，测量精度毫无保障。测高器目前最常用的是布鲁莱斯(Blume-Leiss)测高器。用布鲁莱斯测高器测量树高时，要求在每测一株树木的高度之前，必须首先用辅助工具量测出一个标准长度的水平距离(15、20、30或40m)。森林中受地形、坡度、林下植被、林分密度等因素的限制，标准水平距离的量测很不方便或者非常艰难，即使测出了标准水平距离，由于林冠的遮挡，往往又看不到树梢，因此，布鲁莱斯测高器在地形复杂、密度稍大的森林中或者要测量很多树木的高度时是不适用的或者低效率的。还有克里斯屯(Christen)测高器，克里斯屯测高器需要在树前放置配合测量的标杆作为辅助工具，而且读数刻度随树高的增加而逐渐变密，测量误差较大，当树高达15m以上时，克里斯屯测高器已很难读数，所以，目前在测高工作中已基本淘汰。公开号为CN101749988A的发明专利申请中描述的测高器同样需要在树前放置配合测量的标杆作为辅助工具。鉴于上述原因，发明一种简单实用、不需量测水平距离、不用在树前放置配合测量的标杆、可任意选择测点的测高器便成了该领域林业工作者多年来一直追求的目标，为了达此目标，人们相继发明了各种各样的测高器，但是，终究因为实用性不高，而未能替代布鲁莱斯测高器的地位。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有测高器中测量树高时需要先将测点到树的水平距离量测出来、或者需要在树前放置配合测量的标杆等缺点，提出一种不需量测水平距离、不用在树前放置配合测量的标杆、适用于森林环境、简单实用的新型高效测高装置。 使用这种装置，可以任选测点，达到快速高效地测量树木高度的目的。本发明是这样实现的总体由放置在支撑架上、垂直于水平面的量尺和与其相连并倾斜放置的瞄准杆组成；瞄准杆和量尺在支撑架上可以沿垂直方向和水平方向转动，转动到适当位置时可以固定，支撑架高度可以调节；瞄准杆前端与量尺相连接的位置有一共用准针，中部和后部各有一准针，三根准针的尖端要始终在一条直线上；瞄准杆上准针间的长度可以伸长或缩短，伸长或缩短时要始终保证中部准针到两端准针的长度之比不变；量尺上部通过共用准针与瞄准杆相连接，并且瞄准杆和量尺可以围绕共用准针自由转动，量尺中部和末端各有一准针，其中一准针固定不动、另一准针可以沿量尺上下移动，两根准针和共用准针的尖端要始终在一直线上，并且此直线要垂直于水平面，即三个准针尖端要在量尺的中垂线上；量尺下端可悬一重物以保证量尺三个准针所在的直线完全垂直于水平
所述准针尖端应当理解为准针上用于瞄准的任何部位。比如，圆锥形准针的圆锥顶部，三面体准针的一条边，圆柱体准针的侧面。如果准针尖端是一条边，则所述准针尖端要在一条直线上应理解为要在一个平面上。所述准针间的长度也是指准针尖端之间的长度。如
图1所示，测量树高时基本操作方法如下，以量尺末端准针可移动为例
1、将瞄准杆及量尺安置在支撑架上，使量尺垂直于水平面，将瞄准杆OAB对准树梢E， 使得瞄准杆上的准针与树梢成一直线，固定瞄准杆；
2、再移动瞄准杆上的中部准针A，使得该准针与量尺BCD上的中部固定准针C以及树基 F三者成一直线，固定瞄准杆上的准针；
3、再移动量尺末端的活动准针D，使得该准针与瞄准杆后部准针0以及上一步所瞄准的树基F三者成一直线，固定活动准针D ；
4、读取活动准针D对应的刻度，即为树高。注意，在两次瞄准树基时，要完全瞄准树基的同一位置，这与测量精度密切相关。 为了便于在两次瞄准树基时完全瞄准树基的同一位置，可以在瞄准杆OAB的中部准针A处或量尺的中部准针C处安装成像装置如摄像头、望远镜，在瞄准杆OAB的后部准针0处或量尺的末端准针D处安装成像装置，两个成像装置的轴线要分别保持与视线ODF和视线ACF 重合，将两个成像装置所摄的像通过线缆显示在同一平面上，这样可以提高瞄准精度。当树基被挡而不可见时，只要沿树干上移一定高度作为树基即可，测得的高度加上上移的这一高度即为树高。如果是量尺中部准针C可移动，测量时要先将瞄准杆后部准针0与量尺末端准针 D以及树基F成一直线，然后移动量尺上的活动准针C，使得瞄准杆上的中部准针A与量尺上的中部准针C以及树基F成一直线。上述测量时瞄准杆对准的是树梢。同理，也可将瞄准杆对准树基，如图2所示。测量时瞄准杆后部准针0、量尺末端准针D和树梢E成一直线，瞄准杆中部准针A、量尺中部准针C、树梢E成一直线，χ即为准针B到树基F的距离。上述测量步骤简言之，就是中对中、边对边、先固定后活动，即瞄准杆和量尺上相应位置的准针相对准，先对固定准针端，后对活动准针端。瞄准杆和量尺放置在支撑架上的方式有两种，一种是通过瞄准杆悬挂在支撑架上，另一种是通过量尺竖立在支撑架上。前一种方式的优点是不需要进行支撑架的水平校正，缺点是在有风的天气里测量时量尺会随风晃动，瞄准时有困难；后一种方式的优点是风的影响较�。词视μ炱哪芰Ω浚钡闶切枰兄С偶艿乃叫Ｕ２捎猛ü砍呤⒃谥С偶苌系姆绞绞保枰诿樽几撕土砍咧浒沧耙豢杀涑ざ鹊母耍靡栽诓饬渴彼媸惫潭樽几�。所述各准针可以是能起瞄准作用的任何有形的物体，也可以是无形的。比如，在共用准针B上安装一固定半径、能自由转动的偏心圆，即该圆的重心不在圆心，而是在边上的一点，这样测量时，该圆重心与圆心的连线必定在量尺的中垂线上。在瞄准杆OAB的中部准针A处安装一直杆，在直杆与瞄准杆的连接处有一旋转装置，使得该直杆与瞄准杆的夹角随着瞄准杆与量尺的夹角、准针B到准针C的长度以及准针B到准针A的长度变化而变化，从而使该直杆能够始终瞄准量尺上的中部准针C，则准针C可以不需要，即准针C是无形的，而准针A也成了一直杆。由简单的数学三角函数知识就可以知道， 直杆与瞄准杆的夹角可以由瞄准杆与量尺的夹角、准针B到准针C的长度、准针B到准针A 的长度三个因子计算出来，并且这个计算公式的推导也十分简单。前述直杆也可以换成各种成像装置如摄像头、望远镜等，其上旋转装置的驱动可以由单片机及其所控制的驱动装置来驱动，而长度的测量可以由电子长度测量系统如容栅电子长度测量系统来测量，角度的测量也可以通过圆转换为圆环上的长度测量，则单片机接收前述圆环上的长度、准针B到准针C的长度、准针B到准针A的长度三个因子计算出直杆需要旋转的角度，从而驱动直杆旋转到指向准针C的正确位置。当准针C是固定准针时， 准针B到准针C的长度是定值，实际上单片机只需两个变量便可计算出准针A处的直杆的旋转角度。旋转角度的控制也可通过单片机控制步进电机来实现。同理，在瞄准杆OAB的后部准针0处安装一起瞄准作用的直杆后，活动准针D也可以是无形的。根据前述瞄准杆上准针之间的长度关系可知，其旋转角度只需增加一变量即准针D到准针B的长度、加上前段所述的两个变量即可计算出来。当活动准针D无形时，活动准针D的位移可以用瞄准杆上读数指针的位移来表示。因为量尺只是准针的载体，如果量尺上的中部和末端准针是无形的，则量尺可以大大缩短，甚至缩短到隐藏在瞄准杆里面，这样从外观上看起来量尺就是无形的。比如缩短为前面所述共用准针上的偏心圆，因为此时量尺所起的作用仅仅是产生量尺与瞄准杆之间的夹角。而量尺上用于显示高度值的刻度可以转移到瞄准杆上显示。同理，如果瞄准杆上的中部准针和后部准针是无形的，则瞄准杆在外观上也可以是无形的，此时，量尺上的中部准针和末端准针是一直杆或其它成像装置并能随着类似前述三个因子的变化而转到合适的角度。在这种情况下，在共用准针处应安装一成像装置，用于瞄准树稍或树基，并将所成的像传输到量尺上合适的位置以方便眼睛观察，瞄准杆与量尺的夹角由此成像装置的中轴线与量尺的夹角得到。下面说明本装置的工作原理。如图1所示，设瞄准杆中部准针A到后部准针0的长度与准针A到共用准针B的长度之比等于n，共用准针B到树梢E的距离为X，树梢E到树基F的高度为h，共用准针B 到量尺中部准针C的长度为c，共用准针B到量尺末端准针D的长度为d，瞄准杆中部准针 A到共用准针B的长度为a，则瞄准杆中部准针A到后部准针0的长度为na。因量尺与树干都垂直于水平面，故量尺与树干平行，所以直线OBE、ODF组成两个相似三角形，直线ABE、ACF也组成两个相似三角形，S卩Δ OBD…AOEF, AABC ^ Δ AEF成立。由相似三角形定理可得BD EF=OB 0Ε, BC EF=AB AE,即 dh= (na+a)(na+a+x)，c:h=a:(a+x)；
解此二元方程组，可得h=ncd/ [ (n+1) c-d)。如n=l，则 h=cd/(2c-d)；如 n=l，c=64 厘米，则 h=64d/(128-d)厘米。上述测量过程中，η为固定值，为了能直接在量尺或瞄准杆上标示树高值，可以设定c和d中的一个值固定，这样树高h只随一个因子而变化。设定η的值和共用准针B到量尺固定准针之间的长度，再根据上述公式计算出不同树高对应的活动准针到共用准针B的长度，将此长度直接标示的量尺上，测量时即可直接读出树高值。也可在瞄准杆上设一读数指针和标有树高值的刻度尺，将活动准针的位移通过滑轮和连线转换到该读数指针上。 当量尺中部准针固定时，以共用准针为零刻度、共用准针到量尺中部固定准针之间的长度为64厘米、n=l为例，下表列出了不同树高值对应的量尺上末端活动准针的刻度值。
权利要求
1.一种测量树高的装置，主要包括瞄准杆和量尺，其特征在于瞄准杆和量尺上分别有三个固定或活动的准针成一直线排列，瞄准杆上一边的一准针与量尺上一边的一准针共用，瞄准杆和量尺通过共用准针(6)连接在一起，量尺可以以共用准针(6)为轴转动。
2.根据权利要求1所述的一种测量树高的装置，其特征在于瞄准杆上准针间的长度可以伸长，也可以缩短，伸长或缩短时，瞄准杆中部准针(5)到后部准针(4)的长度与瞄准杆中部准针(5)到共用准针(6)的长度之比始终为一固定值。
3.根据权利要求1所述的一种测量树高的装置，其特征在于量尺(3)上的中部准针 (7)和末端准针(8)两者之中有一个是活动的，另一个是固定的。
4.根据权利要求1所述的一种测量树高的装置，其特征在于各准针可以是能起瞄准作用的有形的物体，也可以是无形的。
5.根据权利要求1或4所述的一种测量树高的装置，其特征在于如果量尺上的中部准针(7 )和末端准针(8 )是无形的，则量尺可以缩短。
6.根据权利要求1或4所述的一种测量树高的装置，其特征在于如果瞄准杆上的中部准针(5 )和后部准针(4 )是无形的，则瞄准杆可以缩短。
全文摘要
本发明公开了一种测量树高的装置。本装置构造简单，克服了现有测高器中测量树高时需要先将测点到树的水平距离量测出来、或者需要在树前放置配合测量的标杆等缺点，它主要由放置在支撑架上、各有三个固定或活动准针的瞄准杆和量尺组成，其中瞄准杆上一边的一准针与量尺上一边的一准针共用，瞄准杆和量尺通过共用准针连接在一起，测量时通过瞄准杆和量尺上五个准针三次瞄准树梢或树基来测量树高，不需其它任何辅助工具，测量方法简单，测量精度高，可以直接读出树木高度，是一种不需量测水平距离、不用在树前放置配合测量的标杆、适用于森林环境、简单实用的新型高效测高装置，使用这种装置，可以任选测点，达到快速高效地测量树木高度的目的。
文档编号G01C5/00GK102183236SQ20111002430
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月22日 优先权日2011年1月22日
发明者旷天水 申请人:旷天水
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
