一种便携式树木胸径测量装置及测量方法与流程

本发明涉及一种森林计测装置，尤其涉及一种便携式树木胸径测量装置及测量方法。

背景技术：

在目前的森林资源清查以及林业调查研究中，树木胸径是必要调查的一项指标。现在的树木胸径测量主要是用胸径卷尺进行人工测量，需要将卷尺环绕树干，对于树干较粗的树木，测量时甚至需要两人协助，操作不便。而且测量时人手与树干不可避免的接触，容易遭受虫蚁叮咬，同时人工读取刻度，也容易产生误差。所以传统测量方式的精度和效率都难以保障。

虽然已经有用于测量树木直径的仪器，如，包括支撑杆和两根张开60°的卡杆，激光测距探头的激光发射方向朝向两根卡杆张开角的平分线，支撑杆垂直于两根卡杆所在的平面，测量得到的激光测距探头到树木之间的距离即为待测树木的半径。但是该种测量仪器的两根卡杆之间的角度是固定在60°，如果改变其测量角度，则无法实现树木直径的测量。而待测树木的直径分布范围较大，如果测量胸径较大的树木时，将两根卡杆之间的夹角固定在60°，将两根卡杆与树木相切时，则需要卡杆具有较大的长度，不方便携带；而如果测量直径较小的树木时，卡杆的长度较大，不方便操作，一个人很难完成测量，影响测量的准确度。此外，采用该装置进行测量时，需要保证激光测距探头的激光方向位于两根卡杆张开角的平分线上，如果激光方向稍有偏离，就会严重影响检测的准确性，所以对仪器制造的精密度要求严格，大大提高了仪器的制造成本。

其他的胸径测量仪器也存在体积较大，难以对较大直径分布的树木进行直径的准确测量，同时，影响树木直径测量准确性的因素较多，难以保证测量的准确性。

综上所述，现有技术中树木的胸径测量仪器体积较大、不方便携带，难以对较大直径分布的树木进行直径的准确测量的问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种便携式树木胸径测量装置及测量方法，该测量装置的使用可以避免人与树干的直接接触，同时，该装置方便对不同直径的树木进行胸径测量，装置的体积较小，方便携带，一人即可完成树木胸径的测量。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种便携式树木胸径测量装置，包括第一卡杆、第二卡杆和横杆，第一卡杆和第二卡杆的一端活动连接，构成开口角度可调的V型结构；

第一卡杆和第二卡杆上沿其长度方向分别设置有第一凹槽和第二凹槽，横杆上套合有第一连接件和第二连接件，这两个连接件中至少一个可以沿横杆滑动；第一连接件和第二连接件上设置有突起结构，第一连接件上的突起结构插入第一凹槽内，第二连接件上的突起结构插入第二凹槽内，将横杆活动安装在第一卡杆和第二卡杆上；

测量时，使第一卡杆和第二卡杆构成的平面与树木的轴线垂直，调节第一卡杆和第二卡杆的开口角度，使第一卡杆和第二卡杆均与树木相切，调整横杆的位置，使其与树木相切，根据第一卡杆、第二卡杆和横杆构成的三角形的周长、第一卡杆和第二卡杆之间的开口角度与树木直径的几何关系，计算得到树木的直径。

该仪器中第一卡杆和第二卡杆之间的开口角度可以调节，即使对较粗的树木进行测量，也可以通过调节开口角度使第一卡杆和第二卡杆与待测树木相切，对第一卡杆和第二卡杆的长度要求不严格，提高了仪器的便携性能。

测量时，只需使第一卡杆、第二卡杆和横杆均与待测树木相切，通过测量三者围成的三角形的周长和第一卡杆和第二卡杆构成的开口角度即可计算得到准确的树木直径。需要强调的是，测量时，只需移动横杆使其与待测树木相切，无需严格控制横杆的移动方向，即，设第一卡杆和第二卡杆之间构成的角为顶角，第一卡杆、第二卡杆和横杆构成的三角形的两个底角的角度并没有限制，这两个角的角度可以相同也可以不同，都不会影响测量的准确性。所以，利用该仪器测量过程中影响测量准确度的因素很少，故而对仪器制造的精密度要求降低，降低了制造成本。

进一步的，所述第一卡杆、第二卡杆和横杆上均设置有刻度。操作人员可以通过上面的刻度快速得知围成的三角形的周长，无需人工测量。

进一步的，第一卡杆和第二卡杆的端部连接处设置有量角器。

利用量角器可以快速测量得到第一卡杆和第二卡杆之间构成的角度，提高了工作效率，使一人即可完成树木胸径的测量工作。

进一步的，所述胸径测量装置还包括可拆卸的支撑架，支撑架包括支撑底座和折叠式支撑杆(完全伸展长度1.3米)，支撑杆的一端固定在支撑底座上，另一端与第一卡杆和第二卡杆的端部连接处连接。

胸径测量装置在支撑架的支撑下固定，保证了测量高度，提高测量准确性。

进一步的，所述第一凹槽和第二凹槽的内壁由弹性材料制成，第一连接件和第二连接件上的突起结构为刚性结构，且与第一凹槽和第二凹槽的内壁过盈配合。

突起结构与第一凹槽和第二凹槽的内壁过盈配合时，会产生一定的摩擦阻力，将横杆移动到位后，不容易发生滑动，便于测量和观察。

进一步的，所述第一连接件固定在横杆上，第二连接件可沿横杆移动，第一连接杆固定在横杆上的位置为横杆上的零刻度处。

将第一连接件固定在零刻度处，将横杆在移动过程中，第二连接件所在的刻度发生变化，移动终止时，第二连接件所在的刻度即为横杆有效部位的长度，方便观察。第一连接件固定在横杆上，同时可以将横杆进行了固定，避免横杆在移动和观察过程中发生不必要的滑动，提高了操作的便捷性和可操作性。

进一步的，所述第一凹槽的长度为第一卡杆长度的2/3-4/5，第二凹槽的长度为第二卡杆长度的2/3-4/5。凹槽的长度较短时，难以测量胸径较粗的树木，凹槽的长度较长时，多余的长度是没有用的，在多余部位加工凹槽，会影响加工的效率。

进一步的，第一卡杆和第二卡杆的活动连接端设置有测量盒，测量盒内设置有控制系统、电源、角度传感器和长度传感器，角度传感器和长度传感器均与控制系统和电源连接，控制系统与电源连接。

角度传感器可以用于检测第一卡杆和第二卡杆之间的开口角度，长度传感器可以用于检测第一卡杆、第二卡杆和横杆的长度，控制系统中设置控制程序，角度传感器和长度传感器测量得到的角度值和长度值输入控制系统中进行运算，可以直接得到树木胸径的结果，实现了智能化测量。

更进一步的，所述测量盒上设置有液晶显示屏。液晶显示屏可以将运算结果直接显示，方便快捷。

进一步的，所述测量盒上设置有电源开关、测量按钮、充电接口和数据传输接口。

进一步的，第一卡杆和第二卡杆的活动连接端设置有测量盒，测量盒内设置有运算系统和电源，测量盒上设置有输入键盘，运算系统和电源连接，输入键盘与运算系统连接，将测量的角度值和长度值输入运算系统。

上述胸径测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)调节第一卡杆和第二卡杆的倾斜角度，使第一卡杆和第二卡杆构成的平面与待测树木的轴线垂直；

2)移动第一卡杆和第二卡杆，并调节两者之间的开口大小，使其均与待测树木相切；

3)朝向待测树木移动横杆，使横杆与待测树木相切；

4)测量第一卡杆、第二卡杆和横杆围成的三角形的边长，计算三角形的周长；并测量第一卡杆和第二卡杆之间的开口角度；

5)根据第一卡杆、第二卡杆和横杆构成的三角形的周长、第一卡杆和第二卡杆之间的开口角度与树木直径的几何关系，计算得到树木的直径。

进一步的，步骤5)中，待测树木的直径为D＝L/2·tan(α/2)，其中，D为待测树木的直径，L为第一卡杆、第二卡杆和横杆围成的三角形的周长，α为第一卡杆和第二卡杆之间构成的开口角度。

本发明的有益效果为：

1、该仪器中第一卡杆和第二卡杆之间的开口角度可以调节，即使对较粗的树木进行测量，都可以通过调节开口角度使第一卡杆和第二卡杆与待测树木相切，对第一卡杆和第二卡杆的长度要求不严格，提高了仪器的便携性能。

2、测量时，只需使第一卡杆、第二卡杆和横杆均与待测树木相切，通过测量三者围成的三角形的周长和第一卡杆和第二卡杆构成的开口角度即可计算得到准确的树木直径。需要强调的是，测量时，只需移动横杆使其与待测树木相切，无需严格控制横杆的移动方向，即，设第一卡杆和第二卡杆之间构成的角为顶角，第一卡杆、第二卡杆和横杆构成的三角形的两个底角的角度并没有限制，这两个角的角度可以相同也可以不同，都不会影响测量的准确性。所以，利用该仪器测量过程中影响测量准确度的因素很少，故而对仪器制造的精密度要求降低，降低了制造成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的便携式胸径测量装置的结构示意图；

图2是本发明的便携式胸径测量装置的电气原理示意图；

图3是本发明的便携式胸径测量装置的测量原理示意图。

其中，1.测量盒，2.水平仪，3.测量按钮，4.输入键盘，5.第二连接件，6.横杆，7.第一卡杆，8.第一凹槽，9.液晶显示屏，10.电源开关。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如图1所示，一种便携式树木胸径测量装置，包括第一卡杆7、第二卡杆和横杆5，第一卡杆7和第二卡杆的一端活动连接，构成开口角度可调的V型结构；第一卡杆7、第二卡杆和横杆6的长度分别为1米、1米和0.8米。

第一卡杆7和第二卡杆上沿其长度方向分别设置有第一凹槽8和第二凹槽，第一凹槽8和第二凹槽的长度分别为0.8米和0.8米，横杆6上套合有第一连接件和第二连接件5，第一连接件固定在横杆上，第二连接件5可沿横杆移动，第一连接杆固定在横杆上的位置为横杆上的零刻度处；第一连接件和第二连接件5上设置有突起结构，第一连接件上的突起结构插入第一凹槽8内，第二连接件5上的突起结构插入第二凹槽内，所述第一凹槽8和第二凹槽的内壁由弹性材料制成，第一连接件和第二连接件5上的突起结构为刚性结构，且与第一凹槽8和第二凹槽的内壁过盈配合，将横杆6活动安装在第一卡杆7和第二卡杆上；第一卡杆7、第二卡杆和横杆6上均设置有刻度，可以分别读出三个杆的长度；第一卡杆7和第二卡杆的端部连接处设置有量角器，快速测量得到第一卡杆和第二卡杆之间构成的角度α。

测量时，使第一卡杆7和第二卡杆构成的平面与树木的轴线垂直，调节第一卡杆7和第二卡杆的开口角度，使第一卡杆和第二卡杆均与树木相切，调整横杆6的位置，使其与树木相切，根据第一卡杆、第二卡杆和横杆构成的三角形的周长、第一卡杆7和第二卡杆之间的开口角度与树木直径的几何关系，计算得到树木的直径。

测量原理如图3所示，测量第一卡杆7、第二卡杆与横杆所形成的三角形的周长(L＝L1+L2+L3，如图3所示)，三角形周长的一半即为第一卡杆7、第二卡杆与树干形成的切线段的长度(L4)，通过测量第一卡杆7和第二卡杆的夹角(α)，待测树木的直径为D＝L4·tan(α/2)＝(L1+L2+L3)/2·tan(α/2)。

实施例2

所述胸径测量装置还包括可拆卸的支撑架，支撑架包括支撑底座和折叠式支撑杆，支撑杆一端固定在支撑底座上，支撑底座与第一卡杆和第二卡杆的端部连接处连接。胸径测量装置在支撑架的支撑下固定，保证了测量高度，提高测量的准确性。

实施例3

第一卡杆7和第二卡杆的活动连接端设置有测量盒1，测量盒内设置有控制系统、电源、角度传感器和长度传感器，角度传感器和长度传感器均与控制系统和电源连接，控制系统与电源连接；测量盒1上设置有液晶显示屏9和水平仪2。所述测量盒1上设置有电源开关10、测量按钮3、充电接口和数据传输接口。具体操作为：打开电源开关10，用输入键盘4输入待测树木编号，将装置两卡杆夹于树干胸高处，使装置两卡杆分别与树干相切，通过检查水平仪2中水平气泡的位置，保证两卡杆处于同一水平面上，然后推动两卡杆的连接件5，使中间的横杆6也与树干相切，按下测量按钮3，测量树木胸径，并在液晶显示屏9上显示最终所得胸径。如果树干弯曲倾斜，则不需要考虑水平仪2的调整要求。

实施例4

第一卡杆7和第二卡杆的活动连接端设置有测量盒1，测量盒内设置有运算系统和电源，测量盒上设置有输入键盘，运算系统和电源连接，输入键盘与运算系统连接，将测量的角度值和长度值输入运算系统，计算树木胸径，并在显示屏上显示最终所得胸径。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。