專利名稱：一種測量樹高的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在森林資源監(jiān)測和林業(yè)調查中測量樹高的裝置，特別是一種在不測量水平距離和樹前不放置配合測量的標桿條件下測量樹高的裝置。
背景技術：
在森林資源監(jiān)測和林業(yè)調查中，樹高是一個非常重要的因子，而樹高的測量一直是一個難以解決的問題，實際工作中通常采用目估法或測高器測高。目估法與個人的經(jīng)驗密切相關，測量精度毫無保障。測高器目前最常用的是布魯萊斯(Blume-Leiss)測高器。用布魯萊斯測高器測量樹高時，要求在每測一株樹木的高度之前，必須首先用輔助工具量測出一個標準長度的水平距離(15、20、30或40m)。森林中受地形、坡度、林下植被、林分密度等因素的限制，標準水平距離的量測很不方便或者非常艱難，即使測出了標準水平距離，由于林冠的遮擋，往往又看不到樹梢，因此，布魯萊斯測高器在地形復雜、密度稍大的森林中或者要測量很多樹木的高度時是不適用的或者低效率的。還有克里斯屯(Christen)測高器，克里斯屯測高器需要在樹前放置配合測量的標桿作為輔助工具，而且讀數(shù)刻度隨樹高的增加而逐漸變密，測量誤差較大，當樹高達15m以上時，克里斯屯測高器已很難讀數(shù)，所以，目前在測高工作中已基本淘汰。公開號為CN101749988A的發(fā)明專利申請中描述的測高器同樣需要在樹前放置配合測量的標桿作為輔助工具。鑒于上述原因，發(fā)明一種簡單實用、不需量測水平距離、不用在樹前放置配合測量的標桿、可任意選擇測點的測高器便成了該領域林業(yè)工作者多年來一直追求的目標，為了達此目標，人們相繼發(fā)明了各種各樣的測高器，但是，終究因為實用性不高，而未能替代布魯萊斯測高器的地位。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有測高器中測量樹高時需要先將測點到樹的水平距離量測出來、或者需要在樹前放置配合測量的標桿等缺點，提出一種不需量測水平距離、不用在樹前放置配合測量的標桿、適用于森林環(huán)境、簡單實用的新型高效測高裝置。 使用這種裝置，可以任選測點，達到快速高效地測量樹木高度的目的。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的總體由放置在支撐架上、垂直于水平面的量尺和與其相連并傾斜放置的瞄準桿組成；瞄準桿和量尺在支撐架上可以沿垂直方向和水平方向轉動，轉動到適當位置時可以固定，支撐架高度可以調節(jié)；瞄準桿前端與量尺相連接的位置有一共用準針，中部和后部各有一準針，三根準針的尖端要始終在一條直線上；瞄準桿上準針間的長度可以伸長或縮短，伸長或縮短時要始終保證中部準針到兩端準針的長度之比不變；量尺上部通過共用準針與瞄準桿相連接，并且瞄準桿和量尺可以圍繞共用準針自由轉動，量尺中部和末端各有一準針，其中一準針固定不動、另一準針可以沿量尺上下移動，兩根準針和共用準針的尖端要始終在一直線上，并且此直線要垂直于水平面，即三個準針尖端要在量尺的中垂線上；量尺下端可懸一重物以保證量尺三個準針所在的直線完全垂直于水平
所述準針尖端應當理解為準針上用于瞄準的任何部位。比如，圓錐形準針的圓錐頂部，三面體準針的一條邊，圓柱體準針的側面。如果準針尖端是一條邊，則所述準針尖端要在一條直線上應理解為要在一個平面上。所述準針間的長度也是指準針尖端之間的長度。如
圖1所示，測量樹高時基本操作方法如下，以量尺末端準針可移動為例
1、將瞄準桿及量尺安置在支撐架上，使量尺垂直于水平面，將瞄準桿OAB對準樹梢E， 使得瞄準桿上的準針與樹梢成一直線，固定瞄準桿；
2、再移動瞄準桿上的中部準針A，使得該準針與量尺BCD上的中部固定準針C以及樹基 F三者成一直線，固定瞄準桿上的準針；
3、再移動量尺末端的活動準針D，使得該準針與瞄準桿后部準針0以及上一步所瞄準的樹基F三者成一直線，固定活動準針D ；
4、讀取活動準針D對應的刻度，即為樹高。注意，在兩次瞄準樹基時，要完全瞄準樹基的同一位置，這與測量精度密切相關。 為了便于在兩次瞄準樹基時完全瞄準樹基的同一位置，可以在瞄準桿OAB的中部準針A處或量尺的中部準針C處安裝成像裝置如攝像頭、望遠鏡，在瞄準桿OAB的后部準針0處或量尺的末端準針D處安裝成像裝置，兩個成像裝置的軸線要分別保持與視線ODF和視線ACF 重合，將兩個成像裝置所攝的像通過線纜顯示在同一平面上，這樣可以提高瞄準精度。當樹基被擋而不可見時，只要沿樹干上移一定高度作為樹基即可，測得的高度加上上移的這一高度即為樹高。如果是量尺中部準針C可移動，測量時要先將瞄準桿后部準針0與量尺末端準針 D以及樹基F成一直線，然后移動量尺上的活動準針C，使得瞄準桿上的中部準針A與量尺上的中部準針C以及樹基F成一直線。上述測量時瞄準桿對準的是樹梢。同理，也可將瞄準桿對準樹基，如圖2所示。測量時瞄準桿后部準針0、量尺末端準針D和樹梢E成一直線，瞄準桿中部準針A、量尺中部準針C、樹梢E成一直線，χ即為準針B到樹基F的距離。上述測量步驟簡言之，就是中對中、邊對邊、先固定后活動，即瞄準桿和量尺上相應位置的準針相對準，先對固定準針端，后對活動準針端。瞄準桿和量尺放置在支撐架上的方式有兩種，一種是通過瞄準桿懸掛在支撐架上，另一種是通過量尺豎立在支撐架上。前一種方式的優(yōu)點是不需要進行支撐架的水平校正，缺點是在有風的天氣里測量時量尺會隨風晃動，瞄準時有困難；后一種方式的優(yōu)點是風的影響較小，即適應天氣的能力更強，缺點是需要進行支撐架的水平校正。采用通過量尺豎立在支撐架上的方式時，需要在瞄準桿和量尺之間安裝一可變長度的桿，用以在測量時隨時固定瞄準桿。所述各準針可以是能起瞄準作用的任何有形的物體，也可以是無形的。比如，在共用準針B上安裝一固定半徑、能自由轉動的偏心圓，即該圓的重心不在圓心，而是在邊上的一點，這樣測量時，該圓重心與圓心的連線必定在量尺的中垂線上。在瞄準桿OAB的中部準針A處安裝一直桿，在直桿與瞄準桿的連接處有一旋轉裝置，使得該直桿與瞄準桿的夾角隨著瞄準桿與量尺的夾角、準針B到準針C的長度以及準針B到準針A的長度變化而變化，從而使該直桿能夠始終瞄準量尺上的中部準針C，則準針C可以不需要，即準針C是無形的，而準針A也成了一直桿。由簡單的數(shù)學三角函數(shù)知識就可以知道， 直桿與瞄準桿的夾角可以由瞄準桿與量尺的夾角、準針B到準針C的長度、準針B到準針A 的長度三個因子計算出來，并且這個計算公式的推導也十分簡單。前述直桿也可以換成各種成像裝置如攝像頭、望遠鏡等，其上旋轉裝置的驅動可以由單片機及其所控制的驅動裝置來驅動，而長度的測量可以由電子長度測量系統(tǒng)如容柵電子長度測量系統(tǒng)來測量，角度的測量也可以通過圓轉換為圓環(huán)上的長度測量，則單片機接收前述圓環(huán)上的長度、準針B到準針C的長度、準針B到準針A的長度三個因子計算出直桿需要旋轉的角度，從而驅動直桿旋轉到指向準針C的正確位置。當準針C是固定準針時， 準針B到準針C的長度是定值，實際上單片機只需兩個變量便可計算出準針A處的直桿的旋轉角度。旋轉角度的控制也可通過單片機控制步進電機來實現(xiàn)。同理，在瞄準桿OAB的后部準針0處安裝一起瞄準作用的直桿后，活動準針D也可以是無形的。根據(jù)前述瞄準桿上準針之間的長度關系可知，其旋轉角度只需增加一變量即準針D到準針B的長度、加上前段所述的兩個變量即可計算出來。當活動準針D無形時，活動準針D的位移可以用瞄準桿上讀數(shù)指針的位移來表示。因為量尺只是準針的載體，如果量尺上的中部和末端準針是無形的，則量尺可以大大縮短，甚至縮短到隱藏在瞄準桿里面，這樣從外觀上看起來量尺就是無形的。比如縮短為前面所述共用準針上的偏心圓，因為此時量尺所起的作用僅僅是產(chǎn)生量尺與瞄準桿之間的夾角。而量尺上用于顯示高度值的刻度可以轉移到瞄準桿上顯示。同理，如果瞄準桿上的中部準針和后部準針是無形的，則瞄準桿在外觀上也可以是無形的，此時，量尺上的中部準針和末端準針是一直桿或其它成像裝置并能隨著類似前述三個因子的變化而轉到合適的角度。在這種情況下，在共用準針處應安裝一成像裝置，用于瞄準樹稍或樹基，并將所成的像傳輸?shù)搅砍呱虾线m的位置以方便眼睛觀察，瞄準桿與量尺的夾角由此成像裝置的中軸線與量尺的夾角得到。下面說明本裝置的工作原理。如圖1所示，設瞄準桿中部準針A到后部準針0的長度與準針A到共用準針B的長度之比等于n，共用準針B到樹梢E的距離為X，樹梢E到樹基F的高度為h，共用準針B 到量尺中部準針C的長度為c，共用準針B到量尺末端準針D的長度為d，瞄準桿中部準針 A到共用準針B的長度為a，則瞄準桿中部準針A到后部準針0的長度為na。因量尺與樹干都垂直于水平面，故量尺與樹干平行，所以直線OBE、ODF組成兩個相似三角形，直線ABE、ACF也組成兩個相似三角形，S卩Δ OBD…AOEF, AABC ^ Δ AEF成立。由相似三角形定理可得BD EF=OB 0Ε, BC EF=AB AE,即 dh= (na+a)(na+a+x)，c:h=a:(a+x)；
解此二元方程組，可得h=ncd/ [ (n+1) c-d)。如n=l，則 h=cd/(2c-d)；如 n=l，c=64 厘米，則 h=64d/(128-d)厘米。上述測量過程中，η為固定值，為了能直接在量尺或瞄準桿上標示樹高值，可以設定c和d中的一個值固定，這樣樹高h只隨一個因子而變化。設定η的值和共用準針B到量尺固定準針之間的長度，再根據(jù)上述公式計算出不同樹高對應的活動準針到共用準針B的長度，將此長度直接標示的量尺上，測量時即可直接讀出樹高值。也可在瞄準桿上設一讀數(shù)指針和標有樹高值的刻度尺，將活動準針的位移通過滑輪和連線轉換到該讀數(shù)指針上。 當量尺中部準針固定時，以共用準針為零刻度、共用準針到量尺中部固定準針之間的長度為64厘米、n=l為例，下表列出了不同樹高值對應的量尺上末端活動準針的刻度值。
權利要求
1.一種測量樹高的裝置，主要包括瞄準桿和量尺，其特征在于瞄準桿和量尺上分別有三個固定或活動的準針成一直線排列，瞄準桿上一邊的一準針與量尺上一邊的一準針共用，瞄準桿和量尺通過共用準針(6)連接在一起，量尺可以以共用準針(6)為軸轉動。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種測量樹高的裝置，其特征在于瞄準桿上準針間的長度可以伸長，也可以縮短，伸長或縮短時，瞄準桿中部準針(5)到后部準針(4)的長度與瞄準桿中部準針(5)到共用準針(6)的長度之比始終為一固定值。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種測量樹高的裝置，其特征在于量尺(3)上的中部準針 (7)和末端準針(8)兩者之中有一個是活動的，另一個是固定的。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種測量樹高的裝置，其特征在于各準針可以是能起瞄準作用的有形的物體，也可以是無形的。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的一種測量樹高的裝置，其特征在于如果量尺上的中部準針(7 )和末端準針(8 )是無形的，則量尺可以縮短。
6.根據(jù)權利要求1或4所述的一種測量樹高的裝置，其特征在于如果瞄準桿上的中部準針(5 )和后部準針(4 )是無形的，則瞄準桿可以縮短。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量樹高的裝置。本裝置構造簡單，克服了現(xiàn)有測高器中測量樹高時需要先將測點到樹的水平距離量測出來、或者需要在樹前放置配合測量的標桿等缺點，它主要由放置在支撐架上、各有三個固定或活動準針的瞄準桿和量尺組成，其中瞄準桿上一邊的一準針與量尺上一邊的一準針共用，瞄準桿和量尺通過共用準針連接在一起，測量時通過瞄準桿和量尺上五個準針三次瞄準樹梢或樹基來測量樹高，不需其它任何輔助工具，測量方法簡單，測量精度高，可以直接讀出樹木高度，是一種不需量測水平距離、不用在樹前放置配合測量的標桿、適用于森林環(huán)境、簡單實用的新型高效測高裝置，使用這種裝置，可以任選測點，達到快速高效地測量樹木高度的目的。
文檔編號G01C5/00GK102183236SQ20111002430
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月22日 優(yōu)先權日2011年1月22日
發(fā)明者曠天水 申請人:曠天水