一种树径测量方法及工具与流程

本发明涉及森林资源调查技术领域，具体为一种树径测量方法及工具。

背景技术：

森林是地球上重要的可更新的资源，是人类生存在必要条件，森林为多种生物提供了栖息的环境，是地球上最重要的生命维持系统。为了保持对森林资源维护，必须定期进行森林资源调查，森林资源调查森林资源的发生、发展、利用、更新。所以说在森林资源调查中树木资源的调查是非常重要的，而对树木资源的调查以测量树木的树木直径最为关键，现有技术中树木直径的测量一般都是由人工完成，测量人员利用手中的工具到森林里测量树木直径。

目前，测定直径的常用工具有轮尺、围尺、激光测径仪；

(1)轮尺：又称卡尺，有木制和铝制。可分为固定脚、滑动脚和尺身。测径时，尺身与两脚同时与所测树木断面接触、读数。

(2)直径卷尺：又称围尺，有布围尺、钢围尺与篾围尺。围尺一面的上下刻划圆周长、圆周长相对应的直径读数。

(3)ccd测径仪和激光扫描测径仪，利用光学几何原理。

将线阵ccd置于平行光路，被测物放于ccd前方光路中，射向ccd的光就被物体挡住一部分，因此ccd输出的信号就有一个凹口，通过凹口的宽度与物体的尺寸的对应关系得到被测对象直径，但大尺寸的ccd特别昂贵。

激光扫描测量：高速扫描置于测量区域的物件，投射到光电接收器上的光线在光束扫描物件时被遮断，通过分析光电接受器输出的信号，可获得与物件直径有关系的数据。

上述几种测量仪器所使用的测量方法以及测量出的数据不精确，需要进行多组数据的测量，求取平均值作为树木直径的参考值。而且对于树干截面不规则，测定部位有凹陷，测量误差偏差更大。针对上述问题，本发明提供了一种树径测量方法，根据树木测量部位截面面积，按照圆的面积公式转换为圆的直径，作为树木直径的参考值，测量数据更加科学，而且不用多次测量求取平均值，精确度高；还提供了一种树径测量工具，结构简单，使用方便，智能化程度高，可以直接得出树径的测量数值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供了一种树径测量方法，根据树木测量部位截面面积，按照圆的面积公式转换为圆的直径，作为树木直径的参考值，测量数据更加科学，而且不用多次测量求取平均值，精确度高；还提供了一种树径测量工具，结构简单，使用方便，智能化程度高，可以直接得出树径的测量数值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种树径测量方法，包括以下步骤：

步骤一：采集树径待测处横截面外轮廓数据并传送至数据处理系统；

步骤二：通过数据处理系统计算树径横截面面积；

步骤三：将树径横截面面积按照圆形面积计算公式s=πr²求得其半径，进而得到直径。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一中采集树径待测处横截面外轮廓时，通过以下方式实现：

1）设置围绕树径的圆形轨道c，并在所述圆形轨道c外部设置圆光栅；

2）测距传感器沿所述圆形轨道c运动，运动过程中，所述测距传感器测量方向始终朝向所述圆形轨道c圆心方向；

3）所述圆光栅采集测距传感器的角度量，所述测距传感器同步采集其与树木之间距离的距离l2，并将角度量和距离l2传送给所述数据处理系统，采集若干组数据；

4）所述数据处理系统根据同步采集的角度量和距离l2可算出此角度量时树径外轮廓测量点处距离所述圆形轨道c圆心处的距离l3=l1-l2，其中l1为所述测距传感器与所述圆心轨道c圆心处的距离，从而根据采集的若干组数据计算出的距离l3可构建出树径测量处横截面的外轮廓。

一种树径测量工具，其包括：

抱箍式固定机构，其整体呈环形，由两个对称设置的弧形夹具构成，两个所述弧形夹具一端通过连接件铰连在一起，另一端通过分别设于两个所述弧形夹具上的插块一和插槽一扣合在一起，所述插槽一的弧形夹具上表面竖直设有通孔一，所述通孔一内设有固定销，所述固定销从所述插块一和插槽一上竖直穿过；所述弧形夹具侧面沿径向设有若干插孔，所述插孔内设有顶杆，所述顶杆内端设有支撑片，所述插孔和顶杆之间通过螺纹配合连接；

导向槽，其整体呈环形，同轴设置于所述抱箍式固定机构上表面，两个所述弧形夹具上表面各设有一个半环形的弧形导向槽；

测距传感器，其在驱动装置作用下沿所述导向槽运动，且运动过程中测量方向始终朝向所述导向槽的圆心处；

圆光栅，其整体呈环形，同轴设置于所述抱箍式固定机构上表面，两个所述弧形夹具上表面各设有一个半环形的弧形圆光栅，所述圆光栅用于采集设于其上方的所述测距传感器的转动角度量；

数据处理系统，接收所述圆光栅和测距传感器传送的数据，并进行计算处理，得出树径测量处的直径。

作为本发明的进一步改进，所述驱动装置包括设于所述导向槽内的导向块和分别设于两个所述弧形导向槽内的绳索；

所述导向块两侧轮廓为与所述导向槽侧壁相匹配的弧形，所述导向块两端固设有拉环，所述导向块上设有竖板，所述竖板上设有安装板，所述测距传感器设于所述安装板上，所述安装板外端位于所述圆光栅上方；

两个绳索自由端分别位于两个所述弧形导向槽自由端处，两个绳索另一端从其所在弧形导向槽内穿过后，从相邻弧形夹具上的所述弧形导向槽侧壁上开设的过孔内穿出，缠绕于缠绕轮上，所述缠绕轮固设于电机的输出轴上，所述电机固设于所述弧形夹具外侧壁上，两个绳索自由端分别设有连接环和锁扣，可以将两个绳索自由端连接在一起；

所述导向块通过其两端的两个拉环设置于一条所述绳索上，其中所述绳索自由端距所述导向块的距离不小于所述弧形导向槽的弧长。

作为本发明的进一步改进，所述导向块两端设有锥形块，所述拉环设于所述锥形块的尖端处。

作为本发明的进一步改进，所述导向块两侧设有沿所述导向槽侧壁滚动的滚轮。

作为本发明的进一步改进，两个所述弧形夹具自由端上表面固设有立柱，所述立柱上设有可以将两个所述绳索自由端的所述连接环和锁扣固定在上边的锁紧装置。

作为本发明的进一步改进，所述驱动装置包括设于两个所述弧形导向槽内的两个半环形的弧形齿轮和与其相啮合的主动齿轮，两个所述弧形齿轮随着两个所述弧形夹具拼合在一起，也拼合在一起，所述弧形齿轮两自由端分别设有插块二和插槽二，所述插块二和插槽二上设有相对应的通孔二，两个所述弧形齿轮拼合处的插块二和插槽二插设在一起后通过插设于所述通孔二内的锁紧销进行连接；

所述弧形夹具外侧壁开设有避让槽，所述主动齿轮通过所述避让槽与弧形齿轮相啮合，所述主动齿轮固设于电机的输出轴上，所述电机固设于所述弧形夹具外侧壁上。

作为本发明的进一步改进，所述弧形齿轮内壁设有沿所述导向槽侧壁滚动的滚轮。

作为本发明的进一步改进，所述弧形夹具下方设有若干连接杆，所述连接杆与支撑杆一端铰连，所述支撑杆自由端铰连有防滑片，所述支撑杆中部与弧形夹具底面之间设有拉簧。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

所述树径测量方法，采集树径待测处横截面外轮廓，通过数据处理系统计算树径横截面面积，按照圆的面积公式转换为圆的直径，作为树木直径的参考值，测量数据更加科学，而且不用多次测量求取平均值，精确度高。

采集树径待测处横截面外轮廓时，通过设置围绕树径的圆形轨道c，并在所述圆形轨道c外部设置圆光栅，使测距传感器沿所述圆形轨道c运动，所述圆光栅采集测距传感器的角度量，所述测距传感器同步采集其与树木之间距离的距离l2，并将角度量和距离l2传送给所述数据处理系统，所述数据处理系统根据同步采集到的多组数据换算构建出树径测量处横截面的外轮廓。数据获取方式简便，准确度高。

所述树径测量工具，设置有两个弧形夹具构成的可开合的抱箍式固定机构，并在其上设置环形的导向槽，所述导向槽由两个弧形导向槽拼合而成，所述测距传感器能顺畅的沿所述导向槽自行滑动，进行数据采集，结构简单，使用方便，智能化程度高，可以直接得出树径测量数值。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图。

图2为图1中a-a处的剖视结构示意图。

图3为图1中a处的局部放大示意图。

图4为图1中b处的局部放大示意图。

图5为图1中c处的局部放大示意图。

图6为图5中d处的局部放大示意图。

图7为本发明的又一俯视结构示意图。

图8为本图7中b-b处的剖视结构示意图。

图9为图7中e处的局部放大示意图。

图10为本发明中弧形齿轮的机构示意图。

图11为本发明中树径测量的原理图。

其中：1弧形夹具、2连接件、3插孔、4顶杆、5支撑片、6插块一、7插槽一、8通孔一、9固定销、10立柱、11导向槽、12导向块、13竖板、14锥形块、15拉环、16绳索、16-1连接环、16-2锁扣、17安装板、18测距传感器、19过孔、20缠绕轮、21电机、22输出轴、23圆光栅、24弧形齿轮、24-1插块二、24-2插槽二、24-3通孔二、25主动齿轮、26连接杆、27支撑杆、28防滑片、29拉簧、30滚轮、31外轮廓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图11所示，本发明提供了一种树径测量方法，包括以下步骤：

步骤一：采集树径待测处横截面外轮廓31数据并传送至数据处理系统；

步骤二：通过数据处理系统计算树径横截面面积；

步骤三：将树径横截面面积按照圆形面积计算公式s=πr²求得其半径，进而得到直径。

本实施例中，所述步骤一中采集树径待测处横截面外轮廓31时，通过以下方式实现：

1）设置围绕树径的圆形轨道c，并在所述圆形轨道c外部同轴设置圆光栅23；

2）测距传感器18沿所述圆形轨道c运动，运动过程中，所述测距传感器18测量方向始终朝向所述圆形轨道c圆心方向；

3）所述圆光栅23采集测距传感器18的角度量，所述测距传感器18同步采集其与树木之间距离的距离l2，并将角度量和距离l2传送给所述数据处理系统，采集若干组数据；

4）所述数据处理系统根据同步采集的角度量和距离l2可算出此角度量时树径外轮廓31测量点处距离所述圆形轨道c圆心处的距离l3=l1-l2，其中l1为所述测距传感器18与所述圆心轨道c圆心处的距离，从而根据采集的若干组数据计算出的距离l3可构建出树径测量处横截面的外轮廓31。进行数据采集时，采集尽可能多组的数据，在通过数据处理系统构建外轮廓31时，将多个所述距离l3以及对应的角度量相对于设定的基点所确定的点连起来才更接近于树径的实际轮廓，本实施例中数据采集360组，所述测距传感器18每转动1°进行一次数据采集。

所述树径测量方法，采集树径待测处横截面外轮廓31，通过数据处理系统计算树径横截面面积，按照圆的面积公式s=πr²转换为圆的直径，作为树木直径的参考值，测量数据更加科学，而且不用多次测量求取平均值，精确度高。

请参阅图1-图6所示，本发明提供了一种树径测量工具，其包括：

抱箍式固定机构，其整体呈环形，由两个对称设置的弧形夹具1构成，两个所述弧形夹具1一端通过连接件2铰连在一起，另一端通过分别设于两个所述弧形夹具1上的插块一6和插槽一7扣合在一起，所述插槽一7的弧形夹具1上表面竖直设有通孔一8，所述通孔一8内设有固定销9，所述固定销9从所述插块一6和插槽一7上竖直穿过；两个所述弧形夹具1侧面沿径向各设有两个插孔3，所述插孔3内设有顶杆4，所述顶杆4内端设有支撑片5，所述插孔3和顶杆4之间通过螺纹配合连接，通过所述顶杆4将所述抱箍式固定机构固定在树木待测直径处。

导向槽11，其整体呈环形，同轴设置于所述抱箍式固定机构上表面，两个所述弧形夹具1上表面各设有一个半环形的弧形导向槽。

测距传感器18，其在驱动装置作用下沿所述导向槽11运动，且运动过程中测量方向始终朝向所述导向槽11的圆心处。

圆光栅23，其整体呈环形，同轴设置于所述抱箍式固定机构上表面，两个所述弧形夹具1上表面各设有一个半环形的弧形圆光栅，所述圆光栅23用于采集设于其上方的所述测距传感器18的转动角度量。第一个弧形圆光栅采集0°-180°的角度量数据，第二个弧形圆光栅采集180°-360°的角度量数据。

数据处理系统，接收所述圆光栅23和测距传感器18传送的数据，并进行计算处理，得出树径测量处的直径。所述数据处理系统为现有常规技术，甚至通过autocad都可以进行任何闭环图形的面积，此处不进行赘述。所述数据处理系统还可以和显示器相连，在显示器上直观的进行树径外轮廓31的显示。

所述驱动装置方式很多，最简单的是通过人力驱动，使所述测距传感器18在推力作用下围绕树木转动一圈，为了实现高度智能化和自动化，节省人力，作为所述驱动装置的一种实施方式：

所述驱动装置包括卡设于所述导向槽11内的导向块12和分别设于两个所述弧形导向槽内的绳索16。

所述导向块12两侧轮廓为与所述导向槽11侧壁相匹配的弧形，使所述导向块12能顺畅的在所述导向槽11内滑动，所述导向块12两端固设有拉环15，所述导向块12上设有竖板13，所述竖板13上设有安装板17，所述测距传感器18设于所述安装板17上，所述安装板17外端位于所述圆光栅23上方，所述圆光栅23通过检测所述安装板17的位置来确定所述测距传感器14转动的角度量。

两个绳索16自由端分别位于两个所述弧形导向槽自由端处，两个绳索16另一端从其所在弧形导向槽内穿过后，从相邻弧形夹具1上的所述弧形导向槽侧壁上开设的过孔19内穿出，缠绕于缠绕轮20上，所述缠绕轮20固设于电机21的输出轴22上，所述电机21固设于所述弧形夹具1外侧壁上，两个所述绳索16交叉后从相邻弧形导向槽侧壁上开设的过孔19内穿出，是为了保证所述导向块12可以在导向槽11内360°无死角转动，防止在两个所述弧形夹具1铰连处存在测量盲区，所述电机21为伺服电机，可实现输出轴22的正反转。两个绳索16自由端分别设有连接环16-1和锁扣16-2，可以将两个绳索16自由端连接在一起，所述连接环16-1和锁扣16-2类似首饰项链上的锁扣装置。两个所述弧形夹具1自由端上表面固设有立柱10，所述立柱10上设有可以将两个所述绳索16自由端的所述连接环16-1和锁扣16-2固定在上边的锁紧装置，所述锁紧装置可以为与所述锁扣16-2相似的结构。所述树径测量工具在不使用时，为了防止绳索16自由端乱跑，可以通过所述立柱10上的锁紧装置进行固定，在需要使用时，将绳索16自由端取下，通过所述连接环16-1和锁扣16-2连接在一起。

所述导向块12通过其两端的两个拉环15设置于一条所述绳索16上，其中所述绳索16自由端距所述导向块12的距离不小于所述弧形导向槽的弧长。保证所述导向块12初始位置可以位于所述弧形夹具1铰连处，以便于数据采集和测量。

所述导向块12两端设有锥形块14，所述拉环15设于所述锥形块14的尖端处。通过设置所述弧形块14是为了使所述导向块12经过两个所述弧形导向槽连接处时能够顺利通过，防止由于两个所述弧形导向槽对接不起导致导向块12被卡住现象的发生。

所述导向块12两侧设有沿所述导向槽11侧壁滚动的滚轮30，使所述导向块12能沿所述导向槽11进行顺畅的滑动，所述导向块12底部也可进行所述滚轮30的设置。

请参阅图7-图10所示，作为所述驱动装置的另一种实施方式：

所述驱动装置包括卡设于两个所述弧形导向槽内的两个半环形的弧形齿轮24和与其相啮合的主动齿轮25，两个所述弧形齿轮24随着两个所述弧形夹具1拼合在一起，也拼合在一起，所述弧形齿轮24两自由端分别设有插块二24-1和插槽二24-2，所述插块二24-1和插槽二24-2上设有相对应的通孔二24-3，两个所述弧形齿轮24拼合处的插块二24-1和插槽二24-2插设在一起后通过插设于所述通孔二24-3内的锁紧销进行连接。在不使用时，两个弧形齿轮24分别位于两个所述弧形导向槽内，当需要使用时，当两个所述弧形夹具1套在树木上并通过所述顶杆4固定在树木上后，将两个所述弧形齿轮24两端通过所述锁紧销连接在一起，以便于下一步在所述主动齿轮25驱动下进行转动。值得注意的是，两个所述弧形夹具1铰连处一端的插槽二24-2延伸到所述弧形夹具1内壁，防止所述弧形夹具1在开合时，所述插块二24-1和插槽二24-2发生干涉，导致无法实现正常开合。

所述弧形夹具1外侧壁开设有避让槽，所述主动齿轮25通过所述避让槽与弧形齿轮24相啮合，所述主动齿轮25固设于电机21的输出轴22上，所述电机21固设于所述弧形夹具1外侧壁上。

所述弧形齿轮24内壁设有沿所述导向槽11侧壁滚动的滚轮30，可以使所述弧形齿轮24顺畅的沿所述导向槽11侧壁进行转动。

本发明中，所述缠绕轮20和弧形齿轮24与所述电机21之间分别设置有减速机，以增大力矩，减小转速，保证所述测距传感器18平稳顺畅的沿所述导向槽11运动。

所述导向块12和弧形齿轮24都是卡设于所述导向槽11内，在工作过程中不会从所述导向槽11内脱出。

两个所述弧形夹具1下方各设有2个连接杆26，所述连接杆26与支撑杆27一端铰连，所述支撑杆27自由端铰连有防滑片28，所述支撑杆27中部与弧形夹具1底面之间设有拉簧29。所述抱箍式固定机构固定在树木上后，所述支撑杆27在拉簧29作用下向内收紧，所述防滑片28顶紧在所述树径表面，起到稳固作用，防止所述顶杆4固定不牢导致所述抱箍式固定机构掉落。所述弧形夹具1下方还设有拉紧装置，使所述支撑杆27打开后被拉紧，防止自动恢复原位，以便于所述抱箍式固定机构往树径上的套设。所述支撑片5和防滑片28上均设有硅胶或橡胶垫，增强摩擦力。

具体实施方式：

首先，将所述弧形夹具1自由端的固定销9拔出，将所述抱箍式固定机构套设在树径待测部位，然后通过固定销9将两个弧形夹具1连接在一起；

转动所述顶杆4外端的手柄，使顶杆4顶紧在树径上，尽量使树径位于所述抱箍式固定机构中间位置，此时所述支撑杆27自由端的防滑片28也贴紧在树径表面；

将驱动装置中的绳索16或弧形齿轮24连接好后，通过驱动装置驱动所述测距传感器18从所述弧形夹具1铰连处沿环形的所述导向槽11运动一周，在运动过程中，所述圆光栅23和测距传感器18进行实时数据的传送；所述圆光栅23采集测距传感器18的角度量，所述测距传感器18同步采集其与树木之间距离的距离l2，并将角度量和距离l2传送给所述数据处理系统，采集若干组数据；

所述数据处理系统根据同步采集的角度量和距离l2可算出此角度量时树径外轮廓31测量点处距离所述导向槽11圆心处的距离l3=l1-l2，其中l1为所述测距传感器18与所述导向槽11圆心处的距离，从而根据采集的若干组数据计算出的距离l3可构建出树径测量处横截面的外轮廓31。进行数据采集时，采集尽可能多组的数据，在通过数据处理系统构建外轮廓31时，将多个所述距离l3以及对应的角度量相对于设定的基点所确定的点连起来才更接近于树径的实际轮廓，本实施例中数据采集360组，所述测距传感器18每转动1°进行一次数据采集。

通过数据处理系统计算树径横截面面积，既所述外轮廓31内的面积；将树径横截面面积按照圆形面积计算公式s=πr²求得其半径，进而得到直径，作为树径的参考值。

数据采集完后，使所述导向块12恢复到原位，然后将所述抱箍式固定机构从树径上取下。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。