一种树木外径测量装置及方法与流程

本申请涉及树木测量设备技术领域，尤其涉及一种树木外径测量装置及方法。

背景技术：

树木外径是森林调查最基本的因子之一，传统的测量工具主要是围尺。围尺工具简单，但测量者双手须接触树干，不适宜外径较大树木测量。对于数量较多的标准地树木的外径测量，通常需要测量者和记录者两人协作完成，并进行统计计算，过程费时且容易出错。近年来，也诞生了一些电子化产品，例如全站仪测量、激光扫描仪、电子条码尺等，但操作复杂、野外携带不便、树林茂密处不易测量、抗干扰性差、设备成本高、测量效率低等诸多问题，难以广泛应用。

因此，市场需要一种低成本、高精度、操作简便、耗时短等优点的树木外径测量装置。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种树木外径测量装置及方法，其中，该树木外径测量装置具有结构简单、操作简单、测量效率高、精度高的优点。

该树木外径测量装置包括：左侧直尺、右侧直尺、中间直尺、控制器、第一角度传感器、第二角度传感器；其中，所述左侧直尺与中间直尺转动连接，在连接处形成有第一旋转关节；所述右侧直尺与中间直尺转动连接，在连接处形成有第二旋转关节；

所述第一角度传感器集成在第一旋转关节中，用于测量左侧直尺与中间直尺之间的第一角度；所述第二角度传感器集成在第二旋转关节中，用于测量右侧直尺与中间直尺之间的第二角度；

所述控制器分别用于从第一角度传感器、第二角度传感器读取第一角度、第二角度，并根据第一角度和第二角度计算待测树木的外径。

可选地，所述控制器安装在中间直尺上。

可选地，所述控制器上设有显示屏，用于显示测量到的树木外径。

可选地，所述控制器中集成有蓝牙模块，用于将测量数据传输至上位机中。

可选地，所述控制器中还集成有存储卡，用于存储测量数据。

可选地，所述控制器根据第一角度α和第二角度β计算待测树木的外径d的过程如下：

当α＝90°，β＝90°时，所述控制器计算待测树木的外径d的公式如下：d＝l-w；

当0<α<90°且0<β<180°时，或当0<β<90°且0<α<180°时，所述控制器计算待测树木的外径d的公式如下：

当90°<α<180°且90°<β<180°时，所述控制器计算待测树木的外径d的公式如下：

其中，γ＝180°-α-β，l为第一旋转关节的转动中心与第二旋转关节的转动中心之间的距离，左侧直尺、右侧直尺、中间直尺的宽度均为w，且左侧直尺、中间直尺在长度方向上的中心线穿过第一旋转关节的转动中心，右侧直尺、中间直尺在长度方向上的中心线穿过第二旋转关节的转动中心。

另一方面，本申请还提出了一种树木外径测量方法，该树木外径测量方法应用于树木外径测量装置的控制器，该树木外径测量装置具有左侧直尺、右侧直尺、中间直尺；所述左侧直尺与中间直尺转动连接，在形成的第一旋转关节内集成有第一角度传感器；所述右侧直尺与中间直尺转动连接，在形成的第二旋转关节内集成有第二角度传感器；所述左侧直尺、中间直尺、右侧直尺环绕相切在待测树木的一横截面的圆周表面上；所述树木外径测量方法包括步骤：

从第一角度传感器读取第一角度，从第二角度传感器读取第二角度；其中，第一角度为第一角度传感器测量的左侧直尺与中间直尺之间的角度，第二角度为第二角度传感器测量的右侧直尺与中间直尺之间的角度；

根据第一角度、第二角度计算待测树木的外径。

可选地，根据第一角度α和第二角度β计算待测树木的外径d的过程如下：

当α＝90°，β＝90°时，计算待测树木的外径d的公式如下：d＝l-w；

当0<α<90°且0<β<180°时，或当0<β<90°且0<α<180°时，计算待测树木的外径d的公式如下：

当90°<α<180°且90°<β<180°时，计算待测树木的外径d的公式如下：

其中，γ＝180°-α-β，l为第一旋转关节的转动中心与第二旋转关节的转动中心之间的距离，左侧直尺、右侧直尺、中间直尺的宽度均为w，且左侧直尺、中间直尺在长度方向上的中心线穿过第一旋转关节的转动中心，右侧直尺、中间直尺在长度方向上的中心线穿过第二旋转关节的转动中心。

本申请提出了一种树木外径测量装置及方法，该树木外径测量装置包括：左侧直尺、右侧直尺、中间直尺、控制器、第一角度传感器、第二角度传感器；其中，所述左侧直尺与中间直尺转动连接，在连接处形成有第一旋转关节，并在第一旋转关节内设置有第一角度传感器，用于测量左侧直尺与中间直尺之间的第一角度；所述右侧直尺与中间直尺转动连接，在连接处形成有第二旋转关节，并在第二旋转关节内设置有第二角度传感器，用于测量右侧直尺与中间直尺之间的第二角度；控制器分别用于从第一角度传感器、第二角度传感器读取第一角度、第二角度，并根据第一角度和第二角度计算待测树木的外径。

该树木外径测量装置在测量时，其左侧直尺、中间直尺、右侧直尺环绕相切在待测树木的一横截面的圆周表面上，控制器根据第一角度和第二角度，计算出待测树木的外径；因此，该树木外径测量装置的操作较为简便。当树木外径测量装置在不需要测量时，其左侧直尺、中间直尺、右侧直尺之间可相互折叠，便于携带。

此外，该树木外径测量装置还具有测量效率高、测量精度高的优点。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种树木外径测量装置的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种树木外径测量装置处于测量状态时的简化示意图。

图3a至图3e是根据一示例性实施例示出的一种树木外径测量装置在不同测量状态下的简化示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种树木外径测量装置的控制器的示意框图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种树木外径测量方法的流程图。

具体实施方式

以下是本申请的具体实施例并结合附图，对本申请的技术方案作进一步的描述，但本申请并不限于这些实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

本申请实施例示出了一种树木外径测量装置，参考图1，该树木外径测量装置包括：左侧直尺1、右侧直尺3、中间直尺2、控制器4、第一角度传感器、第二角度传感器；其中，所述左侧直尺1与中间直尺2转动连接，在连接处形成有第一旋转关节5；所述右侧直尺3与中间直尺2转动连接，在连接处形成有第二旋转关节6；

所述第一角度传感器集成在第一旋转关节5中，用于测量左侧直尺1与中间直尺2之间的第一角度；所述第二角度传感器集成在第二旋转关节6中，用于测量右侧直尺3与中间直尺2之间的第二角度；

所述控制器40分别用于从第一角度传感器、第二角度传感器读取第一角度、第二角度，并根据第一角度和第二角度计算待测树木的外径。

具体地，该树木外径测量装置中，中间直尺2的两端分别转动连接到左侧直尺1一端和右侧直尺3一端，并分别在连接处形成有第一旋转关节50和第二旋转关节60。

进一步地，中间直尺2与左侧直尺1、右侧直尺3之间的连接可以为铰接。

该树木外径测量装置在测量时，其左侧直尺1、中间直尺2、右侧直尺3环绕相切在待测树木的一横截面的圆周表面上，控制器40根据第一角度和第二角度，计算出待测树木的外径。

因此，该树木外径测量装置的操作较为简便。当树木外径测量装置在不需要测量时，其左侧直尺1、中间直尺2、右侧直尺3之间可相互折叠，便于携带。

此外，该树木外径测量装置还具有测量效率高、测量精度高的优点。

参考图2，左侧直尺1与中间直尺2之间的第一角度为α，右侧直尺3与中间直尺2之间的第二角度为β，l为第一旋转关节5的转动中心与第二旋转关节6的转动中心之间的距离，左侧直尺1、右侧直尺3、中间直尺2的宽度均为w，且左侧直尺1、中间直尺2在长度方向上的中心线穿过第一旋转关节5的转动中心，右侧直尺3、中间直尺2在长度方向上的中心线穿过第二旋转关节6的转动中心。

将待测树木的树干简化成一个圆柱体，因此，其横截面可视为圆形；该树木外径测量装置的测量位于竖杆的一横截面内。

在本申请的一些实施方式中，所述控制器4根据第一角度α和第二角度β计算待测树木的外径d的过程如下：

当α＝90°，β＝90°时，该树木外径测量装置的左侧直尺1、右侧直尺3、中间直尺2的位置关系如图3a所示，所述控制器4计算待测树木的外径d的公式如下：d＝l-w；

当0<α<90°且0<β<180°时，或当0<β<90°且0<α<180°时，该树木外径测量装置的左侧直尺1、右侧直尺3、中间直尺2的位置关系如图3b至图3d所示，所述控制器4计算待测树木的外径d的公式如下：

当90°<α<180°且90°<β<180°时，该树木外径测量装置的左侧直尺1、右侧直尺3、中间直尺2的位置关系如图3e所示，所述控制器4计算待测树木的外径d的公式如下：

其中，γ＝180°-α-β，l为第一旋转关节5的转动中心与第二旋转关节6的转动中心之间的距离，左侧直尺1、右侧直尺3、中间直尺2的宽度均为w，且左侧直尺1、中间直尺2在长度方向上的中心线穿过第一旋转关节5的转动中心，右侧直尺3、中间直尺2在长度方向上的中心线穿过第二旋转关节6的转动中心。

在本申请的一些实施方式中，所述控制器4安装在中间直尺2上。

控制器4在内部集成有上述计算公式，用以计算待测树木的外径d。需要说明的是，上述待测树木的外径d的计算公式通过平面几何关系获得。

参考图4，控制器4具有微处理器41、显示屏42、按键43、sd卡44、蓝牙模块45、开关46、电源模块47、电池48。该控制器4还连接有第一角度传感器7和第二角度传感器8，第一角度传感器7和第二角度传感器8将第一角度和第二角度的测量信息传输至该控制器4的微处理器41，微处理器41根据第一角度和第二角度计算出待测树木的外径d。

外部充电器9通过电源模块47对电池48进行充电，电源模块47用于对各功能模块供电，各个功能模块至少包括微处理器41、显示屏42；此外，电源模块47还可用于对第一角度传感器7和第二角度传感器8进行供电。电源模块47还具有充电保护保护、放电保护、升压、降压等功能。此外，电池48可采用3.7v的锂电池。

在本申请的一些实施方式中，所述控制器4上设有显示屏42，用于显示测量到的树木外径。当微处理器计算出待测树木的外径d之后，可将其显示在显示屏42上。

按键43可用于用户输入，微处理器41用于监控按键的操作。通过按键可以用于输入操作指令，例如，数据的保存、数据的清除、将数据上传至上位机。

在本申请的一些实施方式中，所述控制器4中集成有蓝牙模块，用于将测量数据传输至上位机中。在上位机中可对测量数据进行集中处理。

在本申请的一些实施方式中，所述控制器4中还集成有存储卡，用于存储测量数据。该存储卡可以为sd卡44。

以下是该树木外径测量装置一示例性的使用步骤：

步骤一：打开控制器4上的开关，张开左侧直尺1、右侧直尺3、中间直尺2构成的三段式折尺，使相邻直尺之间的夹角呈180°，再靠近树木。

步骤二：移动中间直尺2，使其与树木柱面相切。

步骤三：旋转左侧直尺1使其与树木柱面相切，同时保持中间直尺2与树木柱面相切的状态。

步骤四：旋转右侧直尺3，使其与树木柱面相切，同时保持中间直尺2、左侧直尺1与树木柱面相切的状态。

步骤五：在控制器4的显示屏上可读取当前的测量值，可通过操作按键来实现数据保存、清除、上传等操作。

例如，l为30cm，w为3cm；第一角度传感器和第二角度传感器的最大量程为360°，12位的测量分辨率，所以理论最小精度为360°/2¹²≈0.088°，在单片机中对测得的角度进行四舍五入后取到0.1°位进行运算。

当第一角度传感器测量的第一角度α为72.9°，第二角度传感器测量的第二角度β为64.3°时，所述控制器4的根据当0<α<90°且0<β<180°时的公式进行计算，计算结果为18.87cm。

当第一角度传感器测量的第一角度α为118.6°，第二角度传感器测量的第二角度β为127.8°时，所述控制器4的根据当90°<α<180°且90°<β<180°时的公式进行计算，计算结果为53.86cm。

综上，该树木外径测量装置的主体结构仅由左侧直尺1、中间直尺2、右侧直尺3构成，结构简单，操作简单高效。

另一方面，本申请实施例还示出了一种树木外径测量方法，该树木外径测量方法应用于树木外径测量装置的控制器，该树木外径测量装置具有左侧直尺、右侧直尺、中间直尺；所述左侧直尺与中间直尺转动连接，在形成的第一旋转关节内集成有第一角度传感器；所述右侧直尺与中间直尺转动连接，在形成的第二旋转关节内集成有第二角度传感器；所述左侧直尺、中间直尺、右侧直尺环绕相切在待测树木的一横截面的圆周表面上；参考图5，所述树木外径测量方法包括步骤：

步骤s501，从第一角度传感器读取第一角度，从第二角度传感器读取第二角度；其中，第一角度为第一角度传感器测量的左侧直尺与中间直尺之间的角度，第二角度为第二角度传感器测量的右侧直尺与中间直尺之间的角度；

步骤s502，根据第一角度、第二角度计算待测树木的外径。

进一步地，根据第一角度α和第二角度β计算待测树木的外径d的过程如下：

当α＝90°，β＝90°时，计算待测树木的外径d的公式如下：d＝l-w；

当0<α<90°且0<β<180°时，或当0<β<90°且0<α<180°时，计算待测树木的外径d的公式如下：

当90°<α<180°且90°<β<180°时，计算待测树木的外径d的公式如下：

其中，γ＝180°-α-β，l为第一旋转关节的转动中心与第二旋转关节的转动中心之间的距离，左侧直尺、右侧直尺、中间直尺的宽度均为w，且左侧直尺、中间直尺在长度方向上的中心线穿过第一旋转关节的转动中心，右侧直尺、中间直尺在长度方向上的中心线穿过第二旋转关节的转动中心。

由于本实施例示出的树木外径测量方法应用于前述的树木外径测量装置，相关的内容参见前述关于树木外径测量装置部分的描述，这里不再赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本申请精神作举例说明。本申请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，但并不会偏离本申请的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。