一种教学用解析木年轮直径测量方法与流程

本发明涉及一种教学用解析木年轮直径测量方法，适用于林学专业的测树学实习过程中，准确测量解析木年轮盘年轮直径的方法，也适用于林业科研应用。

背景技术：

在学生的测树学实习过程中，为了准确评价林分当中树木的生长规律，需要在林分中选择一株标准木，将其伐倒，并根据解析木计算公式将树干按不同高度截取一定厚度的树干横截面（年轮盘），并标明年轮盘的方向；然后将整棵树所获得的年轮盘带回实验室进行年轮测量（包括每个年轮盘不同方向上的各个年轮直径，以及年轮盘上的年轮数量），并针对测量的年轮数据进行分析；可以根据解析年轮数据，分析该棵树木的生长规律（高生长，径生长），进而推测整个林分的树木生长规律，针对该林分提出可行的森林经营管理规划。

年轮盘解析数据对于森林经营管理非常重要，数据的准确性直接影响到经营规划的制定。当前解析木年轮盘测量方法主要有两大类：第一类为直接测量方法，直接测量方法通常包括两种，一种是直接用游标卡尺进行年轮直径测量，另一种是利用年轮测量系统（如国外开发的LinTab）进行测量；第二类为间接测量方法,通过照相或者扫描将图像保存到计算机中，然后利用计算机软件对年轮进行测量。利用这些方法都可以对年轮宽度进行较精确的测量，但是这些测量方法也都存在着一定的不足。

现有年轮盘测量方法主要问题是：（1）现在常用的游标卡尺测量方法，在测量的过程中由于测量的年轮盘是平面，游标卡尺同时定位到年轮的两边需要花费较长的时间，而且由于操作时稳定性的问题以及卡尺摆放角度的问题，极大影响到测量的精度；（2）无法实现年轮双向同时测量，年轮测量系统的工作原理是通过水平转动的手轮使年轮在视野下移动，当年轮界限与显微镜的交叉丝重合时，控制鼠标在程序中记录测量数据，这种方法的问题是，测量某一年轮的直径时需要先确定该年轮的一边，然后将承载年轮盘平台通过手轮使其移动到该年轮的另一边，这样依次测量每一年轮的直径时，都需要使平台往复运行一次，这样极大的增加了测量所需要的时间，而且，由于只有一个点进行测量，在平台移动过程中很容易丢失年轮的另一边的边界，（年轮测量系统更适宜测量年轮间的宽度，不适宜测量年轮直径）；（3）图像测量方法需要先对图像进行扫描，然后使用专业的计算机软件才能实现，操作过程繁琐；（4）年轮测量系统与图像测量方法都需要专业的软件才能实现，因此系统成本都很高；（5）年轮盘由于切割时厚度不一致，在年轮测量系统的承载平台上无法将年轮盘摆平，对测量精度会产生较大影响。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现在有技术中年轮宽度测量方法都存在着测量精度不高，测量时间太长，仪器成本过高等不足，本发明提供一种教学用解析木年轮直径测量方法，通过本发明可以实现年轮盘的精确、快速测量，同时具有结构简单，稳定性高、制作成本低，能够实时显示测量结果等优点。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案。

一种教学用解析木年轮直径测量方法，其包括滑轨、滑块、光栅尺尺身、光栅尺读数头、数显表、固定支架、滑动手柄、定位针、托盘、十字固定夹、旋转底座，固定开关。所述滑块共有3个，安装在滑轨上；光栅尺尺身两端固定在两侧的滑块上，光栅尺读数头固定在中间的滑块上，数显表通过导线与光栅尺读数头连接；滑轨两端固定在固定支架上；滑动手柄共2个，分别固定在最左侧的两个滑块侧面，即固定光栅尺尺身的左侧滑块和固定光栅尺读数头的滑块；定位针安装在滑动手柄上；托盘固定在旋转底座上方；十字固定夹安装在托盘上，固定开关安装在旋转底座的侧面。

优选的，所述的滑轨上安装有3个滑块，光栅尺尺身两端固定在两侧的滑块上，光栅尺读数头固定在中间的滑块上；读数头与尺身需保持平行，中间间距为2.5mm，光栅尺的尺身与读数头均可以通过滑轨上的滑块自由移动，实现年轮直径双向测量。

优选的，所述的滑轨为高精度直线滑轨，滑块在滑轨上保持水平、直线滑动，滑轨的长度需要大于1米，滑块为轻质的铝合金材料。

优选的，所述的光栅尺测量精度为5um，有效量程大于600mm，因为大径级树木的0号年轮盘（树根部）直径可以达到600mm。

优选的，所述的数显表通过光栅尺上的数据线与光栅尺相连接，显示数值，数显表上有输出接口，可以将数据存储到计算机中。

优选的，所述的固定支架固定在滑轨的两端，起到固定滑轨作用。

优选的，所述的滑动手柄有两支，一支滑动手柄固定在固定读数头滑块的侧面，另一支滑动手柄固定在固定尺身的左侧的滑块侧面，两支手柄长度相等，水平伸出，距离滑块15-20cm，每个滑动手柄尾部有个握柄，手握住握柄，可以带动光栅尺水平移动，进行年轮直径测量。

优选的，所述的定位针底端为针状，顶端为一平面，从滑动手柄的握柄中心伸出，定位针通过握柄内置的弹簧，保持定位针一直向上弹起，且高度相等，两个滑动手柄上的定位针需要与光栅尺保持平行，且定位针垂直升降，当定位针底端相接时，光栅尺数值为0；在测量时，将大拇指放在定位针的顶端，通过大拇指按压定位针，将定位针定位到年轮的边界上，进行测量，测量结束，大拇指松开定位针弹起复位；。

优选的，所述的托盘为圆形，上表面贴有防滑垫，托盘上有宽度为1cm的十字槽直达托盘圆心直径2cm处，托盘底部中心固定在旋转底座上，并且托盘可以拆卸、更换，以便适应不同直径的年轮盘；十字固定夹共四个，分别安装在以圆盘中心呈十字型线上，十字固定夹安装在托盘下方，十字固定夹的夹杆通过托盘的十字槽伸到托盘上部，每个位于托盘上部的夹杆面向托盘圆心方向的部分有几个尖状突起，便于将年轮盘固定，使年轮盘上平面保持水平，提高测量精度；十字固定夹通过托盘底部的旋扭可以调节固定夹距托盘中心的距离，以满足不同直径的年轮盘的固定；固定开关位于旋转底座侧面，可以控制旋转轴的转动。

该测量方法采用可以双向同时测量的测量部分，与年轮盘摆放部分（托盘、十字固定夹）形成一个有机的整体，两部分在该测量方法中都是不可或缺的部分，只有这样才能够保证年轮盘测量的精度与效率。

3、有益效果

本发明提供的一种教学用解析木年轮直径测量方法，其有益效果是：

（1）可以实现高精度双向同时测量，该测量方法有两个定位指针，且两个指针均可自由水平移动，可以快速、准确的定位每个年轮的两边端点，并进行高精度测量；

（2）底座部分可以适应不同直径的年轮盘；可以通过十字固定夹将年轮盘的测量面调整水平，即使截取的年轮盘厚度不规则，也可以通过十字固定夹的固定保证测量面水平，可以提高测量精度；旋转底座可以调节年轮盘，使需要测量方向与光栅尺平行，并用固定开关控制托盘的旋转；

（3）该测量方法所测即所得，测量结果直接在数显表上显示出来；而且预留了扩展空间，可以通过数显表上的扩展端口将数据输出到电脑上进行存储。

（4）该测量方法不仅可以没量解析木的年轮盘，也可以测量生长锥钻取的年轮条，而且可以方便、快速、精准的测量任意两个年轮间的距离。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的主结构图；

图2是本发明的侧视结构图；

图3是本发明的俯视结构图。

图中：1滑轨，2滑块，3光栅尺尺身，4光栅尺读数头，5数显表，6固定支架，7滑动手柄，8定位针，9托盘，10十字固定夹，11旋转底座，12固定开关。

具体实施方式

如图所示，一种教学用解析木年轮直径测量方法，由滑轨（1），滑块（2），光栅尺尺身（3），光栅尺读数头（4），数显表（5），固定支架（6），滑动手柄（7），定位针（8），托盘（9），十字固定夹（10），旋转底座（11），固定开关（12）构成。

使用该发明的方法进行解析木年轮盘测量时，第一步，需要将年轮盘表面进行处理（如抛光，整平）使年轮盘表面的年轮便于观察，对年轮盘的东南西北朝向进行标记；第二步，将年轮盘放置在托盘（9）上，用十字固定夹（10）夹住年轮盘的侧边进行固定，这样一方面可以防止测量时年轮盘发生移动，另一方面可以保证制作的厚度不规则的年轮盘的测量面能够保持水平，年轮盘的摆放位置应使年轮盘的髓心位于两支定位针（8）垂直投影连线上；第三步，旋转托盘（9）使要测量的年轮盘方向与定位针（8）连线垂直投影重合；第四步，用固定开关（12）将旋转底座（11）锁死，防止托盘（9）转动；第五步，双手分别握住滑动手柄（7），将两只滑动手柄（7）向一起滑动，使两支定位针（8）的针尖相接，按动数显表（5）上的调零按钮进行测量设备调零；第六步，左右拖动滑动手柄（7）带动滑块（2），光栅尺尺身（3）光栅尺读数头（4）相对移动，目视判定待测年轮的左右边界，用大拇指压动定位针（8）进行精确定位，定位针（8）针尖扎在待测年轮的左右边界上，此时数显表（5）上显示的读数即为该年轮在该方向上的直径长度，进行记录；然后依次测量相邻年轮的直径，记录。

一个方向测量结束后，松开固定开关（12），旋转托盘（9）到下一个要测量方向，锁死旋转底座（11），重复第六步继续进行测量。

选择一片年轮为10年的年轮盘，分别采用常规的游标卡尺测量方法与本发明的方法对其进行3次重复测量，将测量数据的精度与耗费时间进行对比，考虑到游标卡尺的精度，测量精度取0.1mm。由于年轮测量系统采用单向测量，更适宜进行对年轮条的年轮间宽度进行测量，若要测量年轮盘的直径，耗费时间巨大，在此不进行对比。

游标卡尺测量方法与本发明的测量方法的测量结果如下表。

由于本发明采用的光栅尺精度为5um，上表中本发明的数据为四舍五入后的结果，以便于与游标卡尺测量方法进行对比。