专利名称：树木测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及的是一种树木测量仪器，特别是综合了测量树木胸径、树木高度、森林 定位及面积计算的装置。本发明也涉及一种树木测量方法。
背景技术：
长期以来，我国林业资源管理的机械化程度较低，自动化水平不高，在进行森林资 源调查管理时通常还是采用轮尺和围尺进行样地调查，并靠人工进行测量和记录，再将数 据输入到计算机。这种传统的调查工具与调查方法是非常落后的，搞一次普查不仅会耗费 大量人力和财力，而且工作效率低，数据的统计、分析处理常需1-2年，乃至更长的时问，这 种滞后的林木生长动态分析，往往赶不上森林本身的发展与变化。同时这种人工的调查方 式不仅会在调查过程中对林地造成破坏，而且对工作人员来说也会有潜在的危险，如对于 较高部位的树干信息，需要工作人员爬上树才能获取时，这不但会消耗工作者很大的体力 和时间，还存在着极大的危险性。目前树木测量仪器大多功能单一，分为树木测径仪、树木测高仪及GPS定位仪。国 外技术较为领先，采用便携式的光学仪器对树木高度和胸径，但价格昂贵，极大的制约了林 业自动化发展。国内技术落后，大多以结构和功能简单，笨重不利于便携的直尺、弯轮尺进 行测量，造成生产力落后，工作效率低下的状况。为了减轻野外工作强度，提高工作效率，我们急需进一步对树木信息的采集方法 加以改进和完善，从而使得精确林业的发展成为林业生产技术发展的必然。第一届国际精 确林业研讨会的执行主席B. Bruce Bare提出，精确林业就是实现以最小资源投入、最小环 境危害获得最大林业收益(郑加强2004)。随着计算机技术的发展及科技水平的不断提高， 各种电子技术在精确林业的森林资源调查管理上得到了普遍的重视与应用。由于树木的胸 径、高度、冠幅、材积等是进行森林资源调查的重要基础信息，因此本项目的目的就是要建 立一套自动的立木测量系统，以电子测量技术为基础，辅以GPS技术、MEMS惯性器件技术， 研究具有多功能的便携式树木自动测量系统；并结合立木测量的具体实际，对系统进行分 析与改进，使研究具有一定的理论水平与实用价值。树木测量仪的研制为森林资源调查管 理的信息化、自动化、精确化奠定了基础；同时在提高传统的森林调查方法与技术，降低野 外调查劳动强度等方面具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能齐全、测量准确、便于携带的树木测量装置。本发 明的目的还在于提供一种基于本发明的树木测量装置的树木测量方法。本发明的目是这样实现的本发明的树木测量装置包括计算机系统、显示模块、SD卡、电子测量尺、GPS定位 模块、树高测量模块，计算机系统的第一输出接口接至显示模块的输入接口，计算机系统的 第二输出接口接至SD卡的输入接口，SD卡的输出接口接至计算机系统的第一输入接口，电子测量尺的输出接口接至计算机系统的第二输入接口，GPS定位模块的输出接口接至计算 机系统的第三输入接口，树高测量模块的输出接口接至计算机系统的第四输入接口。本发明的树木测量方法为采用由计算机系统、显示模块、SD卡、电子测量尺、GPS 定位模块和树高测量模块组成的树木测量装置，计算机系统的第一输出接口接至显示模块 的输入接口，计算机系统的第二输出接口接至SD卡的输入接口，SD卡的输出接口接至计算 机系统的第一输入接口，电子测量尺的输出接口接至计算机系统的第二输入接口，GPS定位 模块的输出接口接至计算机系统的第三输入接口，树高测量模块的输出接口接至计算机系 统的第四输入接口 ；计算机系统根据各个模块测量到的信息进行综合，进行数据处理和管 理，并将其实时显示到显示模块和存储到SD卡上；电子测量尺利用电子码盘原理测量树木 的胸径，并实时输入到计算机系统中；GPS定位模块通过天线对当前位置进行定位，测量当 前林木的位置，并通过多点测量，估算出这片林木的位置；树高测量模块利用MEMS三轴加 速度信息间接测量单株林木的高度。基于本发明的树木测径仪的功能有1、标准地胸径、树高测量，现地自动计算平均胸径、平均高、公顷株数、公顷蓄积等 伐前数据，依据规程及采伐方式推算采伐小班砍伐木株数、砍伐木胸径，并在全林砍伐木、 保留木每木过程中对采伐总量进行时时监控。2、实伐标准木测量，并在全林砍伐木、保留木每木过程中对采伐蓄积量、出材量实 现双向时时监控。3、各项因子录入、保存，主要有优势树种组、优势树种、林龄、郁闭度、疏密度、下木 情况、地被物情况、土壤等因子。4、采伐设计三类调查流程控制，提供微机数据连接功能，按国家、省有关要求由软 件自动生成采伐设计内业、外业表格，并提供采伐相关数据查询和省、市、县采伐设计审批、 打印采伐许可证等功能。5、内置GPS，提供定位、小班面积测量、伐区设计图生成及编辑等功能。6、便携、稳定，数据显示，操作简便，扩展存储。易损配件整体更换。7、零点自校准功能由于采用软尺，经过长时间使用，尺的磨损及树油粘结会对尺的测量精度产生和 基准产生影响，需要进行校准。本发明提供了一个多功能测量技术与数据智能管理技术进行有机的结合仪器，该 仪器既可以克服数目测量仪器的功能单一、测量不准确、不易便携等缺点，同时也可以解决 森林树木智能化和科学化管理落后的问题。本发明还提供了一种基于多数据智能化管理的 方法。现将各部分功能说明如下1胸径测量 本项目采用软尺+传动齿轮+光电码盘方案，通过无刻度软尺绕树干一周，进而带 动软尺的缠绕轴转动，通过具有减速比的传动齿轮带动输出轴的转动，由光电码盘测量软 尺的输出长度，从而测量出树干的周长，进而得到树干的胸径。 该方案采用的器件价格低廉，操作简单，通过具有减速比的传动齿轮和多位置光 电码盘可极大提高测量精度，软尺部分与仪器本体仅有机械接口，可换性强，体积小，携带方便。2树高测量近些年来MEMS惯性器件以其体积小，价格低廉，功能强大，短时漂移小等优点，逐 渐在人民的生产生活中得到广泛的应用。三轴MEMS加速度计能够静态测量空间物体在空间惯性坐标下的重力矢量，进而 能够确定出物体在空间惯性坐标系下姿态。结合图4，利用三轴MEMS加速度计测量树径高度的原理如下首先利用软尺测量树干到仪器测量点的距离也就是图中L的距离，通过调整携带 MEMS三轴加速度计的仪器指针分别对准图中21和22的两线，计算出角Φ，则树木高度可 表示为H = L*tag Φ通过测量的过程可以看到，测量方便，操作简单，且器件价格便宜，无须昂贵的光 学器件，且为增加系统体积，携带方便。3森林定位及面积测量传统的林地面积的量测是建立在模拟地图或数字地图的基础之上，如方格网法、 条带网法、图形称重法、机械求积仪法、电子求积仪法、解析法等。这些方法环节多，耗费大 量人力物力，测定结果精度也较低。因此，利用测量仪的GPS动态定位技术进行实时测量， 确定边界点的坐标，并利用相关软件对测量数据进行处理，从而获得某一区域林地面积。这 种方法所测边界点坐标为直接测量，面积计算采用多边形法，林地量测面积精度较高。在 GPS接收机定位精度已经相当高的今天，工作人员只须应用安装GPS接收机的测量仪即可 快速高效完成任务。使用GPS接收机对准备采伐的伐区进行踏勘，初步确定小班及伐区的位置、面积、 运材线路等。在采伐设计中，可使用GPS定位技术求面积、割分采伐小班，并将GPS采集的 数据作为地理信息系统(GIS)的基础数据。使用GPS可快速、准确地定位所采伐的小班位 置是否正确、面积是否准确、是否超边越界等。针对各种征占、毁坏林地的行为，可用GPS快 速准确定位，并及时将数据提供给林业管理数据库，绘制出被征占、毁坏林地的准确位置、 面积及图形，以便加强管理。
图1是本发明的树木测量仪的结构示意图。图2是电子测量尺的结构示意图。图3是树高测量模块的结构示意图。图4是利用三轴MEMS加速度计测量树径高度的原理图。
具体实施例方式本发明的实体主要由计算机系统Α、显示模块B、SD卡C、电子测量尺D、GPS定位模 块E、树高测量模块F组成。计算机系统A的输出接口 5接至显示模块B的输入接口 1，计 算机系统A的输出接口 6接至SD卡C的输入接口 2，SD卡C的输出接口 3接至计算机系统 A的输入接口 7，电子测量尺D的输出接口 12接至计算机系统A的输入接口 10，GPS定位模
5块E的输出接口 11接至计算机系统A的输入接口 9，树高测量模块F的输出接口 8接至计 算机系统A的输入接口 4。计算机系统A根据各个模块测量到的信息进行综合，进行数据处理和管理，并将 其实时显示到显示模块B和存储到SD卡C上。电子测量尺D利用电子码盘原理测量树木的胸径，并实时输入到计算机系统A中。 图2给出了一种电子测量尺模块的结构。GPS定位模块E通过天线对当前位置进行定位，测量当前林木的位置，并通过多点 测量，能够估算出这篇林木的位置。树高测量模块F利用MEMS三轴加速度信息间接测量单株林木的高度。图3给出 了一种树高测量模块的结构。
权利要求
1.一种树木测量装置，其特征是包括计算机系统、显示模块、SD卡、电子测量尺、GPS 定位模块、树高测量模块，计算机系统的第一输出接口接至显示模块的输入接口，计算机系 统的第二输出接口接至SD卡的输入接口，SD卡的输出接口接至计算机系统的第一输入接 口，电子测量尺的输出接口接至计算机系统的第二输入接口，GPS定位模块的输出接口接至 计算机系统的第三输入接口，树高测量模块的输出接口接至计算机系统的第四输入接口。
2.—种树木测量方法，其特征是采用由计算机系统、显示模块、SD卡、电子测量尺、 GPS定位模块和树高测量模块组成的树木测量装置，计算机系统的第一输出接口接至显示 模块的输入接口，计算机系统的第二输出接口接至SD卡的输入接口，SD卡的输出接口接至 计算机系统的第一输入接口，电子测量尺的输出接口接至计算机系统的第二输入接口，GPS 定位模块的输出接口接至计算机系统的第三输入接口，树高测量模块的输出接口接至计算 机系统的第四输入接口 ；计算机系统根据各个模块测量到的信息进行综合，进行数据处理 和管理，并将其实时显示到显示模块和存储到SD卡上；电子测量尺利用电子码盘原理测量 树木的胸径，并实时输入到计算机系统中；GPS定位模块通过天线对当前位置进行定位，测 量当前林木的位置，并通过多点测量，估算出这片林木的位置；树高测量模块利用MEMS三 轴加速度信息间接测量单株林木的高度。
全文摘要
本发明提供的是一种树木测量装置及测量方法。包括计算机系统、显示模块、SD卡、电子测量尺、GPS定位模块、树高测量模块，计算机系统的第一输出接口接至显示模块的输入接口，计算机系统的第二输出接口接至SD卡的输入接口，SD卡的输出接口接至计算机系统的第一输入接口，电子测量尺的输出接口接至计算机系统的第二输入接口，GPS定位模块的输出接口接至计算机系统的第三输入接口，树高测量模块的输出接口接至计算机系统的第四输入接口。本发明综合了测量树木胸径、树木高度、森林定位及面积计算。
文档编号G01C1/00GK102072695SQ201010550980
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者何昆鹏, 张庆, 曾建辉, 王丹丹, 胡文彬, 许德新, 郭立东, 魏延辉 申请人:哈尔滨工程大学