本發(fā)明涉及樹木胸徑快速測量，尤其涉及一種樹木胸徑快速測量裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、樹木胸徑快速測量在林業(yè)中有著關(guān)鍵作用。能夠快速準(zhǔn)確地獲取大量樹木胸徑數(shù)據(jù)，為森林資源清查提供基礎(chǔ)信息。通過對不同區(qū)域樹木胸徑的測量，可以了解森林的樹種組成、林木生長狀況以及森林的結(jié)構(gòu)特征等，進(jìn)而評估森林資源的數(shù)量和質(zhì)量。有助于確定森林的木材蓄積量，根據(jù)胸徑數(shù)據(jù)和相應(yīng)的材積公式，可以估算出樹木的材積。對于森林的可持續(xù)經(jīng)營至關(guān)重要。通過定期測量樹木胸徑，可以監(jiān)測樹木的生長速度和健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生長異常的樹木，以便采取相應(yīng)的撫育措施，如施肥、修剪或病蟲害防治等。

2、長期以來，林業(yè)工作者主要使用卡尺、卷尺等簡單工具進(jìn)行樹木胸徑測量。這些方法不僅操作繁瑣，而且測量精度容易受到人為因素的影響。在大規(guī)模的森林資源調(diào)查中，傳統(tǒng)方法效率低下，難以滿足快速獲取大量數(shù)據(jù)的需求。而快速測量裝置和方法的應(yīng)用，可以大大縮短測量時(shí)間，提高工作效率，使林業(yè)工作者能夠在有限的時(shí)間內(nèi)完成更多的測量任務(wù)。隨著科技的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和信息技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸拓展。電子測量儀器的出現(xiàn)，為樹木胸徑的快速測量提供了可能。例如，激光測距儀、電子卡尺等設(shè)備的應(yīng)用，提高了測量的精度和速度。同時(shí)，無線通信技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的發(fā)展，使得測量數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸和存儲，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和管理，目前使用新興技術(shù)進(jìn)行樹木胸徑快速測量主要采用激光掃描儀，需要對樹木進(jìn)行3d掃描，建立三維模型，配合后期內(nèi)業(yè)處理得到數(shù)據(jù)，此方法仍需要進(jìn)行后期人員處理，且需要進(jìn)行三維建模，因此需要發(fā)明一種快捷高效的胸徑快速測量裝置和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制一種樹木胸徑快速測量裝置和方法，可以通過激光測距儀一次掃描即可獲得胸徑數(shù)據(jù)，且不需要進(jìn)行三維建模和后期數(shù)據(jù)處理，提高了測量效率和便捷性。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為：一種樹木胸徑快速測量裝置，包括三腳架、調(diào)平機(jī)構(gòu)、第一激光測距儀和控制器，所述三腳架底部鉸接有底座，所述三腳架頂部設(shè)置有基座，所述調(diào)平機(jī)構(gòu)上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)盤，所述控制器連接在轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，所述第一激光測距儀可拆卸連接在控制器上，所述控制器上連接有水平儀，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤由動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)，所述第一激光測距儀和動(dòng)力裝置均與控制器電連接。

3、作為優(yōu)選，所述基座遠(yuǎn)離調(diào)平機(jī)構(gòu)的一側(cè)連接有第二激光測距儀，所述基座上設(shè)置有顯示器，所述第二激光測距儀和顯示器電連接。

4、作為優(yōu)選，所述調(diào)平機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)座、調(diào)節(jié)螺母和螺栓，所述螺栓螺紋傳動(dòng)連接在基座上，所述螺栓在基座上圓形陣列設(shè)置，所述調(diào)節(jié)螺母一端與螺栓連接，一端與調(diào)節(jié)座轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

5、作為優(yōu)選，所述動(dòng)力裝置為伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)通過法蘭連接在調(diào)節(jié)座上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤與伺服電機(jī)的輸出端連接。

6、作為優(yōu)選，所述三腳架的支腿為伸縮桿，所述伸縮桿上設(shè)置有限位螺栓。

7、一種樹木胸徑快速測量方法，使用所述的一種樹木胸徑快速測量方法對樹木胸徑進(jìn)行快速測量，包括以下步驟：

8、步驟1：打開三腳架，支撐穩(wěn)定，進(jìn)行初步調(diào)平；

9、步驟2：打開第二激光測距儀，顯示器根據(jù)第二激光測距儀測得的高度數(shù)據(jù)，加第一激光測距儀與第二激光測距儀的垂直距離，顯示第一激光測距儀的高度，根據(jù)顯示器上顯示的高度將第一激光測距儀調(diào)整到1.3m；

10、步驟3：操作調(diào)平機(jī)構(gòu)，配合水準(zhǔn)儀將控制器和第一激光測試儀調(diào)整至水平；

11、步驟4：啟動(dòng)第一激光測距儀，選擇初始方向，并將方向數(shù)據(jù)輸入控制器，同時(shí)控制器記錄第一激光測距儀初始點(diǎn)位數(shù)據(jù)，初始點(diǎn)位作為平面位置坐標(biāo)原點(diǎn)，初始方向作為y軸，水平方向上與初始方向垂直的方向作為x軸；

12、步驟5：控制器控制伺服電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，激光測距儀開始掃描附近樹木，掃描過程中會記錄三個(gè)數(shù)據(jù)，即激光接觸樹木時(shí)第一激光測距儀到樹木的距離數(shù)據(jù)d1、第一激光測距儀到樹木距離的最小值d2和激光離開樹木時(shí)第一激光測距儀到樹木的距離數(shù)據(jù)d3，同時(shí)記錄d2的方向數(shù)據(jù)；

13、步驟6：根據(jù)d2和d2與初始方向的夾角α，計(jì)算該樹木的平面位置坐標(biāo)并記錄在控制器中；

14、步驟7：根據(jù)d1、d2和d3計(jì)算得出樹木胸徑r，并將胸徑信息同步到平面位置坐標(biāo)中該樹對應(yīng)的點(diǎn)。

15、所述步驟3中的調(diào)平操作為旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母，觀察水平儀的氣泡，直至調(diào)整到氣泡位于水平儀正中間。

16、所述步驟5中記錄的三個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)樹木胸徑范圍，在控制器中輸入一個(gè)閾值，處于閾值范圍內(nèi)的三個(gè)數(shù)據(jù)能夠被記錄，在閾值之外的數(shù)據(jù)會自動(dòng)清除。

17、所述步驟6中計(jì)算平面坐標(biāo)的方法為，根據(jù)d2和夾角α，得到平面位置坐標(biāo)（x，y）=（d2*sinα，d2*cosα），所述夾角α是指從初始方向開始，在平面位置坐標(biāo)系中沿著同一方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所形成的夾角。

18、所述步驟7中胸徑r的計(jì)算方法為r=（d12+d32-2d22）/2d2。

19、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
中提供的效果僅僅是實(shí)施例的效果，而不是發(fā)明所有的全部效果，上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

20、1.三腳架的設(shè)計(jì)便于快速展開和支撐穩(wěn)定，三腳架的支腿為伸縮桿，并設(shè)置有限位螺栓，能夠根據(jù)不同的測量環(huán)境和需求，快速調(diào)整三腳架的高度，適應(yīng)各種地形和測量條件，提高了裝置的靈活性和適應(yīng)性，通過初步調(diào)平結(jié)合調(diào)平機(jī)構(gòu)及水平儀，能夠在短時(shí)間內(nèi)將測量裝置調(diào)整至水平狀態(tài)，大大減少了測量前的準(zhǔn)備時(shí)間；第二激光測距儀與顯示器的配合，能夠快速準(zhǔn)確地確定第一激光測距儀的高度，無需額外的測量工具和復(fù)雜的計(jì)算，進(jìn)一步提高了測量裝置的定位速度；

21、2.伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤，使得第一激光測距儀能夠快速掃描附近樹木，在短時(shí)間內(nèi)記錄大量樹木的數(shù)據(jù)。并且通過控制器設(shè)置閾值，能夠自動(dòng)篩選有效數(shù)據(jù)，快速清除無效數(shù)據(jù)，極大地提高了數(shù)據(jù)采集的效率；控制器能夠自動(dòng)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，如快速計(jì)算樹木的平面位置坐標(biāo)和胸徑，無需人工進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算過程，大大縮短了從數(shù)據(jù)采集到得出結(jié)果的時(shí)間；

22、3.對于樹木胸徑的計(jì)算，采用特定的公式r=（d12+d32-2d22）/2d2，該公式基于激光測距儀采集到的多個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，能過在兩個(gè)方向分別得到兩個(gè)半徑信息，這樣求得的胸徑更加準(zhǔn)確，誤差?。?/p>

23、4.對于樹木平面位置坐標(biāo)的計(jì)算，根據(jù)和夾角，采用（x，y）=（d2*sinα，d2*cosα）的公式，能夠準(zhǔn)確地確定樹木在平面位置坐標(biāo)系中的位置，對于胸徑不符合要求的樹木，能夠快速進(jìn)行定位，提高了林業(yè)調(diào)查效率；

24、5.本發(fā)明采用控制器能夠自動(dòng)記錄測量過程中的各種數(shù)據(jù)，包括激光測距儀到樹木的距離數(shù)據(jù)、方向數(shù)據(jù)、平面位置坐標(biāo)等，并且可以將這些數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)部存儲器中，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)查詢和分析；數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄和存儲功能，避免了人工記錄數(shù)據(jù)的繁瑣和錯(cuò)誤，提高了數(shù)據(jù)的可靠性和可追溯性。

技術(shù)特征：

1.一種樹木胸徑快速測量裝置，其特征在于：包括三腳架（1）、調(diào)平機(jī)構(gòu)、第一激光測距儀（3）和控制器（33），所述三腳架（1）底部鉸接有底座（101），所述三腳架（1）頂部設(shè)置有基座（102），所述調(diào)平機(jī)構(gòu)上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)盤，所述控制器（33）連接在轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，所述第一激光測距儀（3）可拆卸連接在控制器（33）上，所述控制器（33）上連接有水平儀（32），所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤由動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)，所述第一激光測距儀（3）和動(dòng)力裝置均與控制器（33）電連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹木胸徑快速測量裝置，其特征在于，所述基座（102）遠(yuǎn)離調(diào)平機(jī)構(gòu)的一側(cè)連接有第二激光測距儀（4），所述基座（102）上設(shè)置有顯示器（41），所述第二激光測距儀（4）和顯示器（41）電連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種樹木胸徑快速測量裝置，其特征在于，所述調(diào)平機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)座（2）、調(diào)節(jié)螺母（21）和螺栓（22），所述螺栓（22）螺紋傳動(dòng)連接在基座（102）上，所述螺栓（22）在基座（102）上圓形陣列設(shè)置，所述調(diào)節(jié)螺母（21）一端與螺栓（22）連接，一端與調(diào)節(jié)座（2）轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種樹木胸徑快速測量裝置，其特征在于，所述動(dòng)力裝置為伺服電機(jī)（31），所述伺服電機(jī)（31）通過法蘭連接在調(diào)節(jié)座（2）上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤與伺服電機(jī)（31）的輸出端連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹木胸徑快速測量裝置，其特征在于，所述三腳架（1）的支腿為伸縮桿，所述伸縮桿上設(shè)置有限位螺栓（103）。

6.一種樹木胸徑快速測量方法，其特征在于：使用權(quán)利要求4所述的一種樹木胸徑快速測量方法對樹木胸徑進(jìn)行快速測量，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的樹木胸徑快速測量方法，其特征在于，所述步驟3中的調(diào)平操作為旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母（21），觀察水平儀（32）的氣泡，直至調(diào)整到氣泡位于水平儀（32）正中間。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的樹木胸徑快速測量方法，其特征在于，所述步驟5中記錄的三個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)樹木胸徑范圍，在控制器（33）中輸入一個(gè)閾值，處于閾值范圍內(nèi)的三個(gè)數(shù)據(jù)能夠被記錄，在閾值之外的數(shù)據(jù)會自動(dòng)清除。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的樹木胸徑快速測量方法，其特征在于，所述步驟6中計(jì)算平面坐標(biāo)的方法為，根據(jù)d2和夾角α，得到平面位置坐標(biāo)（x，y）=（d2*sinα，d2*cosα），所述夾角α是指從初始方向開始，在平面位置坐標(biāo)系中沿著同一方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所形成的夾角。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的樹木胸徑快速測量方法，其特征在于，所述步驟7中胸徑r的計(jì)算方法為r=（d12+d32-2d22）/2d2。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于樹木胸徑快速測量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種樹木胸徑快速測量裝置和方法，包括三腳架、調(diào)平機(jī)構(gòu)、第一激光測距儀和控制器，三腳架底部鉸接有底座，三腳架頂部設(shè)置有基座，調(diào)平機(jī)構(gòu)上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)盤，控制器連接在轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，第一激光測距儀連接在控制器上，控制器上連接有水平儀，第一激光測距儀和動(dòng)力裝置均與控制器電連接，測量方法主要采用激光掃描獲取距離和角度信息并使用公式（x，y）=（d<subgt;2</subgt;*sinα，d<subgt;2</subgt;*cosα）和R=（d<subgt;1</subgt;2+d<subgt;3</subgt;2?2d<subgt;2</subgt;2）/2d<subgt;2</subgt;記錄樹木位置和胸徑新型；相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可以通過激光測距儀一次掃描即可獲得胸徑數(shù)據(jù)，且不需要進(jìn)行三維建模和后期數(shù)據(jù)處理，提高了測量效率和便捷性。

技術(shù)研發(fā)人員：喬繼鳳,馬翔宇,劉文文,李夢林,周雨,劉澤元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東翔林規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6