本发明涉及森林树木定位设备技术领域，尤其涉及一种森林样方调查树木定位系统及方法。
背景技术
森林调查是获取森林资源信息和进行林业各种分析决策的一项基础技术工作，而不同的调查方法获得的数据有所差异，在野外森林调查中，往往需要建立样方并对样方内的所有树木进行定位测量，在标准地中进行调查，人工使用皮尺对样地内所有树木进行定位相比于使用全站仪、rtk(实时载波相位差分技术)等方式简便快捷，且可以适用于不同林相，应用范围广阔，缺点是耗时耗力，而且准确性非常低。
全站仪不仅可以测量方形样地，还可以测量圆形样地和多边形样地，相对于传统的人工皮尺测量，采用全站仪进行测量更为为准确，但全站仪过于笨重，野外携带不便，而且操作费时(遇到障碍物是需要移动三脚架)，rtk由于林冠叶片的遮挡，无法接受卫星信号。进行准确的测量，红外测距系统需要畅通的视线，超声波测距则成本过高。
rfid(无线射频识别技术)是一种通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，无线电的信号通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品，标签包含了电子存储的信息，数设定范围内都可以进行追踪和识别，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内，然后利用频率信号将信息由rfid标签传送至rfid阅读器，对物品进行追踪，简便而又快捷。
综上，现有的森林调查的方法和设备在野外调查中仍然存在效率低、准确性低、携带不便等诸多问题，因此，有必要研究一种能够解决上述现有技术中问题的森林样方调查系统及方法。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种森林样方调查树木定位系统及方法。本发明基于森林树木位置的特点和rfid(无线射频识别)技术相位差测距的特点，提出了一种能够准确定位样方内树木位置的系统和方法，本发明的设备简单、定位方法方便快捷，且成本低廉，可大范围普及使用，极具应用前景。
本发明的第一目的是提供一种森林样方调查树木定位系统。
本发明的第二目的是提供一种森林样方调查树木定位方法。
本发明的第三目的是提供森林样方调查树木定位系统及方法的应用。
为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种森林样方调查树木定位系统，包括第一固定测量杆、第二固定测量杆、移动测量杆。
所述第一固定测量杆包括第一标杆、第一固定阅读器、第二固定阅读器，所述第一固定阅读器、第二阅读器均设置在第一标杆上，第一固定阅读器设置在第一标杆的下部，第二固定阅读器设置在第一固定阅读器上方大于2米的位置，优选为2-4米，更优选为3米。
所述第二固定测量杆包括第二标杆、第三固定阅读器，第三固定阅读器设置在第二标杆上。
所述移动测量杆包括移动标杆、移动阅读器，移动阅读器设置在移动标杆上。
所述固定、移动阅读器中均设置有电子标签，rfid技术的识别距离依赖于电子标签的工作频率，为保证有效识别距离，使用主动式高频或超高频电子标签。
所述移动阅读器上设置有输入操作界面、信号发射按钮，便于向移动阅读器中输入需要的距离信息、测量信号的发射，以及测量信息的存储。
其次，本发明公开了一种森林样方调查树木定位方法，包括如下步骤：
(1)首先，将第一标杆固定在待测样方内，固定点作为原点，并将第一固定阅读器、第二固定阅读器相对于地面的高度输入移动阅读器内；
(2)然后将移动阅读器固定在第二标杆上，并将移动阅读器在第二标杆的高度输入移动阅读器，从步骤(1)中的原点开始朝任意方向移动第二标杆，当移动阅读器显示第二标杆相对于第一标杆的水平距离为设定的样方边长时，固定第二标杆于地面上，并将移动阅读器从第二标杆上取下，更换为第三固定阅读器固定在第二标杆上，将第一标杆和第二标杆连线，以确定样地的一边，接下来的测量只在此连线的一侧进行，即在此时，样方的所有边界在系统中得到确定；
(3)然后将从第二标杆上取下的移动阅读器固定在移动标杆上，并将移动阅读器在移动标杆上相对于地面的高度输入移动阅读器；
(4)测量时，移动移动标杆在第一标杆和第二标杆连线的一侧移动，将移动标杆移动到需要测量的树木位置，各阅读器相互发射电磁波，然后被各阅读器内的电子标签反射后由各固定阅读器接受，通过阅读每个阅读器所发射电磁波的发射相位和接受相位之间的相位差，确定电子标签与每个阅读器之间的距离，然后传递给移动阅读器，移动阅读器通计算阅读器之间的水平距离和垂直距离，从而确定测定树木的位置信息；
(5)每到一棵样方内树下，给树木挂牌，按下存储键，输入树木号牌，即可将该树木位置信息存储，重复上述过程，直到样方内树木全部测量完毕。
之所以要采用移动阅读器确定设定的样方边长，其原因是：设定好移动阅读器中的原点(第一标杆)和另一顶点(第二标杆)位置信息后，移动阅读器具有实时显示与原点和另一顶点之间距离的功能，当移动标杆移出样方边界时，移动阅读器会进行报警，所以，先需要借助移动阅读器确定需要测量的样方的边长，当然，也可以将每一固定阅读器替换为移动阅读器，这样就只需要将移动阅读器与第二标杆固定后，直接移动第二标杆至设定的样方边长时固定第二标杆即可，不需要再将该移动阅读器取下来更换为固定阅读器，只是会增加定位系统的成本。
计算固定阅读器之间的距离方法如下：已知第一固定阅读器(假设固定于第一标杆a点)、第二固定阅读器(假设固定于第一标杆b点)、第三固定阅读器(假设固定于第二标杆c点)相对于各自地面的高度为ha、hb、hc，读取距离ab、bc、ac，由余弦定理ac2＝ab2+bc2-2ab·bc·cos∠abc，求出∠abc，因此，第一标杆和第二标杆之间的水平距离为d1＝bc·sin∠abc。
假设第一标杆和第二标杆与地面接触点分别为a＇、c＇，两接触点之间的高度差hac＝ac·cos∠bac+ha-hc，如果计算出来hac>0，说明第一标杆与地面的接触点(a＇)低于第二标杆与地面的接触点(c＇)，反之，则高，若hac＝0，则说明第一标杆与地面的接触点、第二标杆与地面的接触点处在同一水平高度。
计算移动阅读器和固定阅读器之间的距离方法如下：
移动阅读器固定在移动标杆处于d位置，移动标杆只在第一标杆与第二标杆连线的一侧移动，移动标杆与地面的接触点为d＇，移动阅读器与第一固定标杆、第二固定标杆之间的水平距离为d2和d3，其中，d2计算方法与d1相同，第一标杆、移动标杆与地面之间接触点的高度差had的计算方法同hac：
计算第一标杆和移动标杆之间的距离方法如下：已知第一固定阅读器(假设固定于第一标杆a点)、第二固定阅读器(假设固定于第一标杆b点)、移动阅读器(假设固定于移动标杆d点)相对于各自地面的高度为ha、hb、hd，读取距离ab、bd、ad，由余弦定理ad2＝ab2+bd2-2ab·bd·cos∠abd，求出∠abd，因此，第一标杆和移动标杆之间的水平距离为d2＝bd·sin∠abd。
假设第一标杆和移动标杆与地面接触点分别为a＇、d＇，两接触点之间的高度差had＝ad·cos∠bad+ha-hd，如果计算出来had>0，说明第一标杆与地面的接触点(a＇)低于移动标杆与地面的接触点(d＇)，反之，则高，若had＝0，则说明第一标杆与地面的接触点、移动标杆与地面的接触点处在同一水平高度。
第二标杆、移动标杆与地面之间接触点的高度差hcd＝had-hac。如果计算出来hcd>0，说明移动标杆与地面的接触点(d＇)高于第二标杆与地面的接触点(c＇)，反之，则低，若hcd＝0，则说明移动标杆与地面的接触点和移动标杆与地面的接触点处在同一水平高度。读取距离cd，由此，可以计算出移动阅读器、第三固定阅读器之间的水平距离(d3)2＝cd2－(hcd+hd-hc)2。
移动阅读器只能在第一标杆和第二标杆之间距离确定的正方形样方内活动，当超出样方时，会警报提示，原理如下，
∠dac在水平面上的投影的角度大小为∠α，根据余弦定理，∠α根据公式(1)计算：
假设以a为原点，ac的连线的水平方向为x轴，与x轴垂直的水平方向为y轴，则移动阅读器在移动标杆上的固定点d(此时，移动标杆代表待测树木的位置)在xy坐标系的投影坐标(x，y)＝(d2·cos∠α，d2·sin∠α)，如果测出来x值不在0-d1的范围内或者y值不在0-d1的范围内，则说明d点不在样方内，报警提示测量范围超出了预定的范围。
上述计算方法都预先设置在移动阅读器中，当移动阅读器接收到固定阅读器的信号，并计算出相应的距离后，即可根据预先设定好的算法进行快速计算，并给出待测树木的位置信息，每到一棵样方内树下，给树木挂牌，按下存储键，输入树木号牌，即可将该树木位置信息存储，重复上述过程，直到样方内树木全部测量完毕，一旦出现待测树木不在样方内的情形，即可报警提示。
最后，本发明还公开了森林样方调查树木定位系统及方法在森林资源信息获取中的应用。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：本发明基于森林中树木的位置特点，结合rfid技术相位差测距的特点，设计出了与树木的位置特点相匹配的计算方法，再通过rfid技术提供这种算法所需要的距离信息，提出了一种能够准确定位样方内树木位置的系统和方法，这种测量方法不需要人工拿着皮尺对每颗树木进行测量，只需要按压移动阅读器上的存储键，即可完成测量，简单、快速、准确，同时，本发明的简单、便捷、携带方便，相对于现有的全站仪、rtk等测量方式，本发明的测量系统更加适合于在野外森林调查中使用。
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是本发明森林样方调查树木定位系统的结构示意图。
图2是本发明第一标杆和第二标杆之间的距离计算方法示意图。
图3是本发明第一标杆与移动标杆之间的距离计算方法示意图。
图4是本发明第二标杆与移动标杆之间的距离计算方法示意图。
附图1中标记分别代表：1-第一固定阅读器，2-第二固定阅读器，3-第一标杆，4-第二标杆，5-第三固定阅读器，6-移动标杆，7-移动阅读器。
本发明所述的阅读器均指rfid阅读器。
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。
正如背景技术所介绍的，现现有的森林调查的方法和设备在野外调查中仍然存在效率低、准确性低、携带不便等诸多问题，因此，本发明提出了一种森林样方调查树木定位系统及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种森林样方调查树木定位系统，包括第一固定测量杆、第二固定测量杆、移动测量杆。
所述第一固定测量杆包括第一固定阅读器1、第二固定阅读器2、第一标杆3，所述第一固定阅读器1、第二阅读器2均设置在第一标杆3上，第一固定阅读器1设置在第一标杆3的下部，第二固定阅读器2设置在第一固定阅读器1上方3米的位置。
所述第二固定测量杆包括第二标杆4、第三固定阅读器5，第三固定阅读器5设置在第二标杆4上。
所述移动测量杆包括移动标杆6、移动阅读器7，移动阅读器7设置在移动标杆6上。
所述固定、移动阅读器中均设置有电子标签，rfid的识别距离依赖于电子标签的工作频率，为保证有效识别距离，使用主动式超高频电子标签。
所述移动阅读器6上具有输入操作界面、信号发射按钮，便于向移动阅读器中输入需要的距离信息以及测量信号的发射。
实施例2
一种森林样方调查树木定位系统，同实施例1，区别在于：所示第二固定阅读器2设置在第一固定阅读器1上方2米的位置。
所述固定、移动阅读器中的电子标签为主动式高频电子标签。
实施例3
一种森林样方调查树木定位系统，同实施例1，区别在于：所示第二固定阅读器2设置在第一固定阅读器1上方4米的位置。
实施例4
如图1-4，一种森林样方调查树木定位方法，包括如下方法：
(1)首先，将第一标杆3固定在待测样方内，固定点作为原点，并将第一固定阅读器1、第二固定阅读器2相对于地面的高度0.1m、3.1m输入移动阅读器7内；
(2)然后将移动阅读器7固定在第二标杆2上，输入移动阅读器7相对于地面的高度1.5m，从步骤(1)中的原点开始选取一方向移动第二标杆4，当移动阅读器7显示第二标杆相对于第一标杆的水平距离为20m时(假设样方为20m×20m的正方形)，固定第二标杆4于地面上，并将移动阅读器7从第二标杆4上取下，更换为第三固定阅读器5，并固定于第二标杆上，再将第一标杆3和第二标杆4用绳子连接，作为警示边界线，移动标杆将只在边界线一侧移动；
(3)然后将移动阅读器7固定在移动标杆6上，并将移动阅读器6相对于地面的高度1.5m输入移动阅读器；
(4)计算固定阅读器之间的距离方法如下：已知第一固定阅读器(固定于第一标杆上a点)、第二固定阅读器(固定于第一标杆上b点)、第三固定阅读器(固定于第二标杆c点)相对于各自地面的高度为ha＝0.1m、hb＝3.1m、hc＝1.5m，读取距离ab＝3m、bc＝20.31m、ac＝20.31m，由余弦定理ac2＝ab2+bc2-2ab·bc·cos∠abc，求出∠abc＝80°，因此，第一标杆和第二标杆之间的水平距离为d1＝bc·sin∠abc＝20m。
第一标杆和第二标杆与地面接触点分别为a＇、c＇，两接触点之间的高度差hac＝ac·cos∠bac+ha-hc＝2.14m，如果计算出来hac>0，说明第一标杆与地面的接触点低于第二标杆与地面的接触点，反之，则高，若hac＝0，则说明第一标杆与地面的接触点、第二标杆与地面的接触点处在同一水平高度，可以看出，第一标杆与地面的接触点低于第二标杆与地面的接触点。
计算移动阅读器和固定阅读器之间的距离方法如下：
移动阅读器固定在移动标杆移动到待测树木d位置，移动标杆与地面的接触点为d＇，移动阅读器与第一固定阅读器、第二固定阅读器之间的水平距离为d2和d3，其中，d2计算方法与d1相同，第一标杆、移动标杆与地面之间接触点的高度差had的计算方法同hac：
计算第一标杆和移动标杆之间的距离方法如下：已知第一固定阅读器(假设固定于第一标杆a点)、第二固定阅读器(假设固定于第一标杆b点)、移动阅读器(假设固定于移动标杆d点)相对于各自地面的高度为ha＝0.1m、hb＝3.1m、hd＝1.5m，读取距离ab＝3、bd＝11m、ad＝11m，由余弦定理ad2＝ab2+bd2-2ab·bd·cos∠abd，求出∠abd＝82.2°，因此，第一标杆和移动标杆之间的水平距离为d2＝bd·sin∠abd＝10.89m。
假设第一标杆和移动标杆与地面接触点分别为a＇、d＇，两接触点之间的高度差had＝ad·cos∠bad+ha-hd＝0.1m，如果计算出来had>0，说明第一标杆与地面的接触点(a＇)低于移动标杆与地面的接触点(d＇)，反之，则高，若had＝0，则说明第一标杆与地面的接触点、移动标杆与地面的接触点处在同一水平高度，可以看出，第一标杆与地面的接触点(a＇)低于移动标杆与地面的接触点(d＇)。
第二标杆、移动标杆与地面之间接触点的高度差hcd＝had-hac＝-2.04m。如果计算出来hcd>0，说明移动标杆与地面的接触点(d＇)高于第二标杆与地面的接触点(c＇)，反之，则低，若hcd＝0，则说明移动标杆与地面的接触点和移动标杆与地面的接触点处在同一水平高度。读取距离cd＝10m，由此，可以计算出移动阅读器、第三固定阅读器之间的水平距离(d3)2＝cd2－(hcd+hd-hc)2＝95.83m，因此，d3＝9.79m。
移动阅读器只能在第一标杆和第二标杆之间距离确定的正方形样方内活动，当超出样方时，会警报提示，原理如下，
∠dac在水平面上的投影的角度大小为∠α，根据余弦定理，∠α根据公式(1)计算：
假设以a为原点，ac的连线为x轴，沿连线方向与x轴垂直的为y轴，则移动阅读器在移动标杆上的固定点d(此时，移动标杆代表待测树木的位置)在xy坐标系的投影坐标(x，y)＝(d2·cos∠α，d2·sin∠α)＝(10.57m,2.62m)，如果测出来x值不在0-d1的范围内或者y值不在0-d1的范围内，则说明d点不在样方内，报警提示测量范围超出了预定的范围，可以看出，此计算结果表明所测树木(d)在样方内。
(5)每到一棵样方内树下，给树木挂牌，按下存储键，输入树木号牌，即可将该树木位置信息存储，重复上述过程，直到样方内树木全部测量完毕。
以上所述仅为本申请的优选实施例，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。