一种手持式电子测树仪制造技术

本发明专利技术是一种手持式电子测树仪。它涉及了林学中的森林计测学、电子科学与技术、计算机科学与技术等多个学科，是多学科交叉研究的产物。该装置将MCU、SD存贮卡、LCD显示屏、锂电池及倾角传感器等电子元器件根据林木测高、角规检尺功能的要求进行设计并定制PCB形成装置电子硬件部分，配合定长连接缆线、角规片、辅助标尺，实现了林分调查中的树高、林木断面积等调查数据数字化采集及自动计算；实现三种测高算法与原有角规的林分断面积计数功能集成融合并将这些算法作为固件写入本装置的MCU片内存贮器；装置实现了测高及角规检尺数据的数字化存储。本发明专利技术主要用于农林业活立木蓄积调查，利用该装置进行活立木高度、林分平均断面积数的计测，并自动计算林分单位蓄积，通过配套的上位机软件将野外采集数据读取出来供内业处理使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是应用于农林业野外活立木调查中测量活立木树高、检尺的一种电子计测装置，该装置采用不同的测高算法测量目标林分中所选样木的高度；实现角规样地调查中的绕测自动计数；并通过预先设置的树种形数，采用树高形数法自动计算所调查的林分单位面积活立木蓄积量；装置具有测量数据存储功能，可将外业调查数据存贮于该设备的存贮器上，通过上位机软件在图形化界面中进行野外调查数据查询、导出、以及设备参数的设置。该装置集成了测高、断面积计数、角规检尺时林分蓄积量计算、计测数据存贮的等多个功能的便携式野外调查设备。本装置涉及了林学中的森林计测学、电子信息科学与技术、计算机科学与技术等多个学科，是多学科交叉研究的产物。
技术介绍
当前农林业野外调查时，林分高、林分断面数分别由测高器、普通角规两种计测设备来分别完成计测。一、角规角规是1947年由奥地利林学家毕特利希专利技术的一种测树工具。用角规测定林分单位面积的胸高断面积总和时，无需进行面积测定的每木检尺，打破了在一定面积的标准地上测算林分断面积和林分蓄积的传统方法。1.角规测树原理1.1多重同心圆原理这种原理是以测点为中心，对每株树作一个圆形样地（样圆）。样圆的面积取决于林木胸径D的大小，因此样地的面积是可变地，故称不等概抽样。1）假设林内所有林木的胸径相等为Dj，如图1设P2为临界树（相切），则用角规绕测时，形成以Rj为半径，O为中心的假想扩大圆。令角规尺长（有时为绳子）为L，缺口宽为l，则：样圆面积Sj：2）若假想圆样地内共有Zj株树时，即角规绕测计数为Zj，则样圆内的树木断面积为gj：3）将样圆面积换算为1公顷时，林木每公顷断面积Gj可表示为：令：则：4）在实际林分中，树木的直径并非相等，且有粗细、远近之分。如图2设林分中共有m个直径组Dj（j＝1，2，3……m)，按上述原理，用角规绕测时，实际上对每组直径Dj均形成一个以O为中心，以Rj为半径的m个假想样圆，从而形成m多重重叠的同心圆。凡落在相应同心圆内的则计数为1或0.5，反之不计数。显然林分的总断面积为：1.2扩大园原理格罗森堡（GrosenbaughL．R．，1952）以概率论为基础，从抽样的角度进一步阐明了角规样地的特点：一个林分中的林木可以将其横断面积大小按比例绘成圆面积图，如把方格网纸覆盖在此图上，按方格网点求面积的原理，数出落在树干断面积里的点数，即可求出断面积的估计值。由于树干横断面积总和与林地面积相比，数值相对很小，用这种方法估计树干总断面积将需要充分多的点，因此，可把树干断面积乘以一定常数，扩大成一定倍数，围绕树干中心点绘出较大的扩大圆以表示树干横断面积，令此扩大圆的半径与特定断面积系数的极限距离相对应。此时，样点落入扩大圆的概率就与树干断面积的大小成比例。扩大圆的半径R与树干直径d之比等于角规杆长L与角规缺口l之比。把林地上的所有树木的扩大圆，作一投影图（图3），如样点（即样圆的中心）落入树木的扩大圆之中，该树即属于被计树木。根据扩大圆原理，同样可以推导出角规测定林分单位面积上的林木断面积公式为：2.角规构造与使用角规的构造和使用非常简单，现在常用的便于携带的多半是一段50cm长的小绳子加一个小金属片，小金属片上开有宽度不一的二至三个小缺口。使用时在林分内选一有代表性的点为圆心，绕测一周，树杆胸径与视角两条边相割都记1株，相切都记0.5株，相离者记为0株。这样在测点上对周围林木逐株观测，要求不重测不漏测，绕测一周后其计数的总株数Z，再将若干个测点的绕测结果取其计数株数的平均数（Z），按下式计算林分每公顷胸高断面积总和G：式中：Z—每个测点的平均计数株数Fg—断面积系数目前各类角规，如角规片、杆式自动角规等，均没有带断面积计数器，也没有根据预设的树种形数自动计算林分单位蓄积量的功能。二、测高器树高指树木从地面上根茎到树梢之间的距离或高度。农林业所用的测高器一般情况下指测量树高的设备。目前通常采用树高测量设备主要有根据三角原理设计的勃鲁莱测高器、根据相似三角形原理设计克里斯屯测高器、经纬仪和超声波测高仪等。1.勃鲁莱测高器如图4所示勃鲁莱测高器原理图中，根据三角原理可得树木高度H为：2.克里斯屯测高器克里斯屯测高器工作原理是在贴近树干处竖一定长（一般2～3米）的标竿，再以一根定长直尺（一般30cm）捏住上端使其下垂。当视线上下观测树梢和树基，恰好通过直尺的上下两端（见图5）时,此时观测标竿顶端的视线与直尺相截的位置，即得图5中bc这一段。按公式：可计算出树高AC，并刻数在b点。当BC与ac为定长，给定5～40米各不相同的AC，可算出相应的bc刻划在直尺上，供直接使用。目前国内常见的角规、测高器为角规检尺、树高测量功能各自独立的半自动测量设备，无法实现电子化计数、存贮，同时携带、使用均不方便。
技术实现思路
一、解决的主要问题为了解决现有的简易角规、测高器的角规检尺、测高功能分立、角规检尺中手工记录等问题，本专利技术在以下几方面的创新解决了上述问题：1.实现林分调查中的树高、林木断面积等调查数据的数字化采集及野外现场自动计算。本装置利用三角测高原理，采用倾角传感器测量样木不同观测点的倾角，通过选定的预置的三种树高测算方法自动现场计算出目标样木高度，改变原有人工测量树高手工记录的工作方式；采用电子计数方式记录角规检尺获得的断面积数，改变原有简易角规由人工用笔、纸记录的模式；在预先设置了树种形数、角规常数的基础上，在进行角规控制检尺计数完毕后，可以在现场直接计算出林分的单位蓄积。2.多种方法测量树高的功能与原有简单角规的林分断面积计数功能集成融合树高测算上，提供了三种不同的测高方法，使用者可以根据实际情况选择合适的方法进行测量；在进行角规控制检尺计数完毕以后，可以根据前一步骤所测得的树高，及预先设定好的树种形数、角规常数，综合计算出林分的单位蓄积。3.测高及角规数据的数字化存储本装置实现了野外林分调查数据的数字化，野外调查数据以数据文件形式保存在装置的存贮卡中，在内业处理时，可以直接在内业处理的计算机上导入该数据文件，解决了使用原有简易角规时只能在室内由人工录入计算机的问题。二、采用的技术方案本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：整个装置由电子部分、角规片、辅助标尺、辅助观测镜、辅助连接线缆等几大部分构成。其中，电子部分主要由一个MCU、一块SD存贮卡、一片LCD显示屏、一块锂电池及一个倾角传感器构成。装置采用USB接口与上位机的通信、给装置本身供电及装置内置的可充电电池充电。连接缆线为定长50cm直径约0.3cm的软细线缆，连接装置的电子部分与角规片。角规片缺口有三个规格，缺口大小分别为0.71cm，1cm，1.41cm，对应的角规常数分别为0.5，1，2。使用时，选用其中一个规格的角规片，并在电子部件上设置相对应的角规常数即可。一般情况下，采用的角规片缺口为1cm，角规常数为1。辅助观测镜在测高过程中可以帮助调查人员瞄准目标，以提高测量精度。本装置除可人工设置林分高度外，还提供了三种活立木高度的测算方法，并将相应的树高值作为角规控制检尺过程的林分树高输入，用于计算林分单位蓄积量。第一种方式为固定距离法测高。输入观测点地面到样木根部的距离S后，利用倾角传感器测出观测点人眼高度到样木根部的倾角θ0与观测点到样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手持式电子测树仪，实现了角规调查中的绕测计数及树高测算功能，其特征是：实体主体包括MCU、倾角传感器、LCD显示屏、按键、SD卡、锂电池、USB控制器及接口、蜂鸣器、集成电路板、辅助瞄准镜头等，其中所述MCU、倾角传感器、USB控制器及接口、蜂鸣器焊接在所述集成电路板上；所述LCD显示屏、按键、SD卡、锂电池通过相应接口连接在所述集成电路板上；所述主体通过定长50CM的线缆连接到角规片；所述主体辅助瞄准镜头位置、接键位置与功能定义、LCD位置、线缆所系位置及安装方式均已确定；所述主体在应用过程中，通过辅助标尺测算树高。

【技术特征摘要】
1.一种手持式电子测树仪，实现了角规调查中的绕测计数及树高测算功能，其特征是：实体主体包括MCU、倾角传感器、LCD显示屏、按键、SD卡、锂电池、USB控制器及接口、蜂鸣器、集成电路板、辅助瞄准镜头等，其中所述MCU、倾角传感器、USB控制器及接口、蜂鸣器焊接在所述集成电路板上；所述LCD显示屏、按键、SD卡、锂电池通过相应接口连接在所述集成电路板上；所述主体通过定长50CM的线缆连接到角规片；所述主体辅助瞄准镜头位置、接键位置与功能定义、LCD位置、线缆所系位置及安装方式均已确定；所述主体在应用过程中，通过辅助标尺测算树高。2.根据权利要求1所述的手持式电子测树仪，其特征是：所述集成电路板实现了MCU相关电路、倾角传感器电路、LCD电路、按键电路、开关电路、电源管理电路、USB控制器相关电路、SD卡电路的集成，其中所述MCU电路提供MCU处理数据的I/O接口；所述倾角传感器电路将倾角传感器测量值送给MCU；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘远明，李昀，赵天忠，刘羽，陈名腾，邢浩，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11