專利名稱：樹木測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種樹木測量儀器，特別是綜合了測量樹木胸徑、樹木高度、森林 定位及面積計算的裝置。本發(fā)明也涉及一種樹木測量方法。
背景技術(shù)：
長期以來，我國林業(yè)資源管理的機(jī)械化程度較低，自動化水平不高，在進(jìn)行森林資 源調(diào)查管理時通常還是采用輪尺和圍尺進(jìn)行樣地調(diào)查，并靠人工進(jìn)行測量和記錄，再將數(shù) 據(jù)輸入到計算機(jī)。這種傳統(tǒng)的調(diào)查工具與調(diào)查方法是非常落后的，搞一次普查不僅會耗費(fèi) 大量人力和財力，而且工作效率低，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析處理常需1-2年，乃至更長的時問，這 種滯后的林木生長動態(tài)分析，往往趕不上森林本身的發(fā)展與變化。同時這種人工的調(diào)查方 式不僅會在調(diào)查過程中對林地造成破壞，而且對工作人員來說也會有潛在的危險，如對于 較高部位的樹干信息，需要工作人員爬上樹才能獲取時，這不但會消耗工作者很大的體力 和時間，還存在著極大的危險性。目前樹木測量儀器大多功能單一，分為樹木測徑儀、樹木測高儀及GPS定位儀。國 外技術(shù)較為領(lǐng)先，采用便攜式的光學(xué)儀器對樹木高度和胸徑，但價格昂貴，極大的制約了林 業(yè)自動化發(fā)展。國內(nèi)技術(shù)落后，大多以結(jié)構(gòu)和功能簡單，笨重不利于便攜的直尺、彎輪尺進(jìn) 行測量，造成生產(chǎn)力落后，工作效率低下的狀況。為了減輕野外工作強(qiáng)度，提高工作效率，我們急需進(jìn)一步對樹木信息的采集方法 加以改進(jìn)和完善，從而使得精確林業(yè)的發(fā)展成為林業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然。第一屆國際精 確林業(yè)研討會的執(zhí)行主席B. Bruce Bare提出，精確林業(yè)就是實(shí)現(xiàn)以最小資源投入、最小環(huán) 境危害獲得最大林業(yè)收益(鄭加強(qiáng)2004)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及科技水平的不斷提高， 各種電子技術(shù)在精確林業(yè)的森林資源調(diào)查管理上得到了普遍的重視與應(yīng)用。由于樹木的胸 徑、高度、冠幅、材積等是進(jìn)行森林資源調(diào)查的重要基礎(chǔ)信息，因此本項目的目的就是要建 立一套自動的立木測量系統(tǒng)，以電子測量技術(shù)為基礎(chǔ)，輔以GPS技術(shù)、MEMS慣性器件技術(shù)， 研究具有多功能的便攜式樹木自動測量系統(tǒng)；并結(jié)合立木測量的具體實(shí)際，對系統(tǒng)進(jìn)行分 析與改進(jìn)，使研究具有一定的理論水平與實(shí)用價值。樹木測量儀的研制為森林資源調(diào)查管 理的信息化、自動化、精確化奠定了基礎(chǔ)；同時在提高傳統(tǒng)的森林調(diào)查方法與技術(shù)，降低野 外調(diào)查勞動強(qiáng)度等方面具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種功能齊全、測量準(zhǔn)確、便于攜帶的樹木測量裝置。本發(fā) 明的目的還在于提供一種基于本發(fā)明的樹木測量裝置的樹木測量方法。本發(fā)明的目是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的樹木測量裝置包括計算機(jī)系統(tǒng)、顯示模塊、SD卡、電子測量尺、GPS定位 模塊、樹高測量模塊，計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸出接口接至顯示模塊的輸入接口，計算機(jī)系統(tǒng)的 第二輸出接口接至SD卡的輸入接口，SD卡的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸入接口，電子測量尺的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第二輸入接口，GPS定位模塊的輸出接口接至計算 機(jī)系統(tǒng)的第三輸入接口，樹高測量模塊的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第四輸入接口。本發(fā)明的樹木測量方法為采用由計算機(jī)系統(tǒng)、顯示模塊、SD卡、電子測量尺、GPS 定位模塊和樹高測量模塊組成的樹木測量裝置，計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸出接口接至顯示模塊 的輸入接口，計算機(jī)系統(tǒng)的第二輸出接口接至SD卡的輸入接口，SD卡的輸出接口接至計算 機(jī)系統(tǒng)的第一輸入接口，電子測量尺的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第二輸入接口，GPS定位 模塊的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第三輸入接口，樹高測量模塊的輸出接口接至計算機(jī)系 統(tǒng)的第四輸入接口 ；計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)各個模塊測量到的信息進(jìn)行綜合，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管 理，并將其實(shí)時顯示到顯示模塊和存儲到SD卡上；電子測量尺利用電子碼盤原理測量樹木 的胸徑，并實(shí)時輸入到計算機(jī)系統(tǒng)中；GPS定位模塊通過天線對當(dāng)前位置進(jìn)行定位，測量當(dāng) 前林木的位置，并通過多點(diǎn)測量，估算出這片林木的位置；樹高測量模塊利用MEMS三軸加 速度信息間接測量單株林木的高度?；诒景l(fā)明的樹木測徑儀的功能有1、標(biāo)準(zhǔn)地胸徑、樹高測量，現(xiàn)地自動計算平均胸徑、平均高、公頃株數(shù)、公頃蓄積等 伐前數(shù)據(jù)，依據(jù)規(guī)程及采伐方式推算采伐小班砍伐木株數(shù)、砍伐木胸徑，并在全林砍伐木、 保留木每木過程中對采伐總量進(jìn)行時時監(jiān)控。2、實(shí)伐標(biāo)準(zhǔn)木測量，并在全林砍伐木、保留木每木過程中對采伐蓄積量、出材量實(shí) 現(xiàn)雙向時時監(jiān)控。3、各項因子錄入、保存，主要有優(yōu)勢樹種組、優(yōu)勢樹種、林齡、郁閉度、疏密度、下木 情況、地被物情況、土壤等因子。4、采伐設(shè)計三類調(diào)查流程控制，提供微機(jī)數(shù)據(jù)連接功能，按國家、省有關(guān)要求由軟 件自動生成采伐設(shè)計內(nèi)業(yè)、外業(yè)表格，并提供采伐相關(guān)數(shù)據(jù)查詢和省、市、縣采伐設(shè)計審批、 打印采伐許可證等功能。5、內(nèi)置GPS，提供定位、小班面積測量、伐區(qū)設(shè)計圖生成及編輯等功能。6、便攜、穩(wěn)定，數(shù)據(jù)顯示，操作簡便，擴(kuò)展存儲。易損配件整體更換。7、零點(diǎn)自校準(zhǔn)功能由于采用軟尺，經(jīng)過長時間使用，尺的磨損及樹油粘結(jié)會對尺的測量精度產(chǎn)生和 基準(zhǔn)產(chǎn)生影響，需要進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明提供了一個多功能測量技術(shù)與數(shù)據(jù)智能管理技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合儀器，該 儀器既可以克服數(shù)目測量儀器的功能單一、測量不準(zhǔn)確、不易便攜等缺點(diǎn)，同時也可以解決 森林樹木智能化和科學(xué)化管理落后的問題。本發(fā)明還提供了一種基于多數(shù)據(jù)智能化管理的 方法。現(xiàn)將各部分功能說明如下1胸徑測量 本項目采用軟尺+傳動齒輪+光電碼盤方案，通過無刻度軟尺繞樹干一周，進(jìn)而帶 動軟尺的纏繞軸轉(zhuǎn)動，通過具有減速比的傳動齒輪帶動輸出軸的轉(zhuǎn)動，由光電碼盤測量軟 尺的輸出長度，從而測量出樹干的周長，進(jìn)而得到樹干的胸徑。 該方案采用的器件價格低廉，操作簡單，通過具有減速比的傳動齒輪和多位置光 電碼盤可極大提高測量精度，軟尺部分與儀器本體僅有機(jī)械接口，可換性強(qiáng)，體積小，攜帶方便。2樹高測量近些年來MEMS慣性器件以其體積小，價格低廉，功能強(qiáng)大，短時漂移小等優(yōu)點(diǎn)，逐 漸在人民的生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用。三軸MEMS加速度計能夠靜態(tài)測量空間物體在空間慣性坐標(biāo)下的重力矢量，進(jìn)而 能夠確定出物體在空間慣性坐標(biāo)系下姿態(tài)。結(jié)合圖4，利用三軸MEMS加速度計測量樹徑高度的原理如下首先利用軟尺測量樹干到儀器測量點(diǎn)的距離也就是圖中L的距離，通過調(diào)整攜帶 MEMS三軸加速度計的儀器指針分別對準(zhǔn)圖中21和22的兩線，計算出角Φ，則樹木高度可 表示為H = L*tag Φ通過測量的過程可以看到，測量方便，操作簡單，且器件價格便宜，無須昂貴的光 學(xué)器件，且為增加系統(tǒng)體積，攜帶方便。3森林定位及面積測量傳統(tǒng)的林地面積的量測是建立在模擬地圖或數(shù)字地圖的基礎(chǔ)之上，如方格網(wǎng)法、 條帶網(wǎng)法、圖形稱重法、機(jī)械求積儀法、電子求積儀法、解析法等。這些方法環(huán)節(jié)多，耗費(fèi)大 量人力物力，測定結(jié)果精度也較低。因此，利用測量儀的GPS動態(tài)定位技術(shù)進(jìn)行實(shí)時測量， 確定邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，并利用相關(guān)軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而獲得某一區(qū)域林地面積。這 種方法所測邊界點(diǎn)坐標(biāo)為直接測量，面積計算采用多邊形法，林地量測面積精度較高。在 GPS接收機(jī)定位精度已經(jīng)相當(dāng)高的今天，工作人員只須應(yīng)用安裝GPS接收機(jī)的測量儀即可 快速高效完成任務(wù)。使用GPS接收機(jī)對準(zhǔn)備采伐的伐區(qū)進(jìn)行踏勘，初步確定小班及伐區(qū)的位置、面積、 運(yùn)材線路等。在采伐設(shè)計中，可使用GPS定位技術(shù)求面積、割分采伐小班，并將GPS采集的 數(shù)據(jù)作為地理信息系統(tǒng)(GIS)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。使用GPS可快速、準(zhǔn)確地定位所采伐的小班位 置是否正確、面積是否準(zhǔn)確、是否超邊越界等。針對各種征占、毀壞林地的行為，可用GPS快 速準(zhǔn)確定位，并及時將數(shù)據(jù)提供給林業(yè)管理數(shù)據(jù)庫，繪制出被征占、毀壞林地的準(zhǔn)確位置、 面積及圖形，以便加強(qiáng)管理。


圖1是本發(fā)明的樹木測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是電子測量尺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是樹高測量模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是利用三軸MEMS加速度計測量樹徑高度的原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)體主要由計算機(jī)系統(tǒng)Α、顯示模塊B、SD卡C、電子測量尺D、GPS定位模 塊E、樹高測量模塊F組成。計算機(jī)系統(tǒng)A的輸出接口 5接至顯示模塊B的輸入接口 1，計 算機(jī)系統(tǒng)A的輸出接口 6接至SD卡C的輸入接口 2，SD卡C的輸出接口 3接至計算機(jī)系統(tǒng) A的輸入接口 7，電子測量尺D的輸出接口 12接至計算機(jī)系統(tǒng)A的輸入接口 10，GPS定位模
5塊E的輸出接口 11接至計算機(jī)系統(tǒng)A的輸入接口 9，樹高測量模塊F的輸出接口 8接至計 算機(jī)系統(tǒng)A的輸入接口 4。計算機(jī)系統(tǒng)A根據(jù)各個模塊測量到的信息進(jìn)行綜合，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和管理，并將 其實(shí)時顯示到顯示模塊B和存儲到SD卡C上。電子測量尺D利用電子碼盤原理測量樹木的胸徑，并實(shí)時輸入到計算機(jī)系統(tǒng)A中。 圖2給出了一種電子測量尺模塊的結(jié)構(gòu)。GPS定位模塊E通過天線對當(dāng)前位置進(jìn)行定位，測量當(dāng)前林木的位置，并通過多點(diǎn) 測量，能夠估算出這篇林木的位置。樹高測量模塊F利用MEMS三軸加速度信息間接測量單株林木的高度。圖3給出 了一種樹高測量模塊的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種樹木測量裝置，其特征是包括計算機(jī)系統(tǒng)、顯示模塊、SD卡、電子測量尺、GPS 定位模塊、樹高測量模塊，計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸出接口接至顯示模塊的輸入接口，計算機(jī)系 統(tǒng)的第二輸出接口接至SD卡的輸入接口，SD卡的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸入接 口，電子測量尺的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第二輸入接口，GPS定位模塊的輸出接口接至 計算機(jī)系統(tǒng)的第三輸入接口，樹高測量模塊的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第四輸入接口。
2.—種樹木測量方法，其特征是采用由計算機(jī)系統(tǒng)、顯示模塊、SD卡、電子測量尺、 GPS定位模塊和樹高測量模塊組成的樹木測量裝置，計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸出接口接至顯示 模塊的輸入接口，計算機(jī)系統(tǒng)的第二輸出接口接至SD卡的輸入接口，SD卡的輸出接口接至 計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸入接口，電子測量尺的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第二輸入接口，GPS 定位模塊的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第三輸入接口，樹高測量模塊的輸出接口接至計算 機(jī)系統(tǒng)的第四輸入接口 ；計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)各個模塊測量到的信息進(jìn)行綜合，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 和管理，并將其實(shí)時顯示到顯示模塊和存儲到SD卡上；電子測量尺利用電子碼盤原理測量 樹木的胸徑，并實(shí)時輸入到計算機(jī)系統(tǒng)中；GPS定位模塊通過天線對當(dāng)前位置進(jìn)行定位，測 量當(dāng)前林木的位置，并通過多點(diǎn)測量，估算出這片林木的位置；樹高測量模塊利用MEMS三 軸加速度信息間接測量單株林木的高度。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種樹木測量裝置及測量方法。包括計算機(jī)系統(tǒng)、顯示模塊、SD卡、電子測量尺、GPS定位模塊、樹高測量模塊，計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸出接口接至顯示模塊的輸入接口，計算機(jī)系統(tǒng)的第二輸出接口接至SD卡的輸入接口，SD卡的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第一輸入接口，電子測量尺的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第二輸入接口，GPS定位模塊的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第三輸入接口，樹高測量模塊的輸出接口接至計算機(jī)系統(tǒng)的第四輸入接口。本發(fā)明綜合了測量樹木胸徑、樹木高度、森林定位及面積計算。
文檔編號G01C1/00GK102072695SQ201010550980
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者何昆鵬, 張慶, 曾建輝, 王丹丹, 胡文彬, 許德新, 郭立東, 魏延輝 申請人:哈爾濱工程大學(xué)