树木不对称胸径的测量方法与装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010317010.3 (22)申请日 2020.04.21 (71)申请人 浙江农林大学 地址 311300 浙江省杭州市临安区环城北 路88号 申请人 杭州感知科技有限公司 (72)发明人 袁方星方陆明孙林豪郑似青 楼雄伟杨来邦 (74)专利代理机构 宁波市鄞州盛飞专利代理事 务所(特殊普通合伙) 33243 代理人 龙洋 (51)Int.Cl. G01B 5/08(2006.01) G01B 11/14(2006.01) (54)发明名称 一种树木不对称胸径的测量方法。

2、与装置 (57)摘要 本发明提供了一种树木不对称胸径的测量 装置， 属于树木测量设备技术领域， 用以解决如 何提高测量不对称树木胸径的精度的问题， 本装 置包括： 末端活动连接的第一尺条和第二尺条以 及操作盒， 所述操作盒内设置有第一角度测量机 构、 第二角度测量机构， 所述第一尺条的首端折 弯形成第一凸起， 所述第二尺条的首端折弯形成 第二凸起， 所述第一凸起包括第一工作端面， 所 述第二凸起包括第二工作端面。 采用本装置， 能 够更加精确的测量树木的不对称胸径。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 111707167 A 2020.09.25 CN 111707167 A 1.一种。

3、树木不对称胸径的测量装置， 包括第一尺条、 第二尺条以及操作盒， 所述第一尺 条的末端与所述第二尺条的末端活动连接， 形成一开口角度可调的V型结构， 树木夹持在所 述V型结构内， 其特征在于， 所述操作盒内设置有第一角度测量机构、 第二角度测量机构， 所 述第一尺条的首端折弯形成第一凸起， 所述第二尺条的首端折弯形成第二凸起， 所述第一 凸起包括第一工作端面， 所述第二凸起包括第二工作端面， 所述第一工作端面和第二工作 端面均和夹持在所述V型结构内的树木相切。 2.根据权利要求1所述的一种树木不对称胸径的测量装置， 其特征在于， 所述操作盒上 设置有供第一尺条以及第二尺条转动的转动槽， 所述第。

4、一尺条以及所述第二尺条的转动角 度范围为0-90 。 3.根据权利要求1所述的一种树木不对称胸径的测量装置， 其特征在于， 所述操作盒内 设置有第一转轴和第二转轴， 所述第一尺条的末端设置在第一转轴转动， 所述第二尺条的 末端设置在第二转轴转动。 4.根据权利要求3所述的一种树木不对称胸径的测量装置， 其特征在于， 所述第一角度 测量机构设置在第一尺条的末端， 用于测量第一尺条转动的角度； 所述第二角度测量机构设置在第二尺条的末端， 用于测量第二尺条转动的角度。 5.根据权利要求1所述的一种树木不对称胸径的测量装置， 其特征在于， 所述操作盒内 还包括显示装置， 用于显示第一尺条和第二尺条测量。

5、的预设数据信息。 6.根据权利要求5所述的一种树木不对称胸径的测量装置， 其特征在于， 所述操作盒内 还包括数据处理集成模块， 所述数据处理集成模块包括电源模块、 微处理器、 通讯单元以及 数据存储单元。 7.根据权利要求6所述的一种树木不对称胸径的测量装置， 其特征在于， 所述第一尺条 或第二尺条上设置有记录键， 用于记录第一尺条和第二尺条测量立木胸径时的数据， 并通 过通信单元， 将第一尺条和第二尺条测量的预设数据信息显示在显示装置上并记录在数据 存储单元中。 8.根据权利要求6所述的一种树木不对称胸径的测量装置， 其特征在于， 还包括激光测 距装置， 所述激光测距装置， 用于测量激光测距。

6、装置与树木的间距。 9.一种树木不对称胸径的测量方法， 其特征在于， 包括步骤： S1： 判断测量装置的V型结构是否为预设张开水平状态； S2： 若测量装置的V型结构是否为预设张开水平状态， 启动开始测量； S3： 判断测量装置的第一尺条的第一凸起的第一工作端面是否和树木相切； 判断测量 装置的第二尺条的第二凸起的第二工作端面是否和树木相切； S4： 若第一尺条的第一凸起的第一工作端面和树木相切以及第二尺条的第二凸起的第 二工作端面和树木相切， 则通过第一角度传感器获取第一尺条转动的角度 1以及通过第二 角度传感器获取第二尺条转动的角度 2； S5： 通过激光测距装置获取激光测距装置与树木的间。

7、距。 S6： 通过预设公式得到所述树木胸径。 10.根据权利要求9所述的一种树木不对称胸径的测量方法， 其特征在于， 所述预设公 式包括： 权利要求书 1/2 页 2 CN 111707167 A 2 上式中， d为树木的胸径大小， 1为第一尺条末端沿第一转轴转动的角度， 2为第二尺 条沿第二转轴转动的角度， w为测距装置到树木的距离， z为第一凸起的第一工作端面到第 一尺条的宽度。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111707167 A 3 一种树木不对称胸径的测量方法与装置 技术领域 0001 本发明属于树木测量设备技术领域， 具体涉及一种树木不对称胸径的 测量方法 与装置。 背景技术 。

8、0002 立木胸径， 是立木生长量的重要指标， 在森林资源调查中具有重要意 义。 简便、 快 速、 准确测量与入库不仅可以揭示立木的生长规律， 也有助 于生态学研究。 然而， 传统的测 量工具主要是卡尺、 测径围尺等， 功能单 一、 方式落后， 人工读取， 不够精准， 记录数据易 错， 数据难以及时入库 等， 严重制约着森林资源调查工作。 而且对于胸径大于50cm的大树， 测量 者可能需要他人的协助才能完成测量， 存在着费时费力的现象。 近年来， 也出现了许 多新兴产品， 例如激光扫描仪、 全站仪、 电子条码尺等来解决 这一问题， 但上述产品存在着 设备操作复杂、 野外携带不便、 抗干扰性差、。

9、 设备成本高、 测量效率低等诸多问题， 并没有 得到广泛推广应用。 0003 并且立木胸径的测量方法， 主要是将立木进行近似圆柱体进行相应胸 径的计算， 然而实际中， 很多树木是不对称的， 如果完全按照圆柱体进行 树木胸径的计算的话， 误差 较大， 计算不精确。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状， 而提供一种将树 木分成两 部分然后叠加计算树木不对称胸径的测量装置， 本树木不对称胸 径的测量装置包括第一 尺条、 第二尺条以及操作盒， 所述第一尺条的末端 与所述第二尺条的末端活动连接， 形成 一开口角度可调的V型结构， 树木 夹持在所述V型结构内， 其特征在于， 。

10、所述操作盒内设置 有第一角度测量 机构、 第二角度测量机构， 所述第一尺条的首端折弯形成第一凸起， 所述 第二尺条的首端折弯形成第二凸起， 所述第一凸起包括第一工作端面， 所 述第二凸起包括 第二工作端面， 所述第一工作端面和第二工作端面均和夹 持在所述V型结构内的树木相 切。 0005 进一步地， 所述操作盒上设置有供第一尺条以及第二尺条转动的转动 槽， 所述第 一尺条以及所述第二尺条的转动角度范围为0-90 。 0006 进一步地， 所述操作盒内设置有第一转轴和第二转轴， 所述第一尺条 的末端设置 在第一转轴转动， 所述第二尺条的末端设置在第二转轴转动。 0007 进一步地， 所述第一角度。

11、测量机构设置在第一尺条的末端， 用于测量 第一尺条转 动的角度； 0008 所述第二角度测量机构设置在第二尺条的末端， 用于测量第二尺条转 动的角度。 0009 进一步地， 所述操作盒内还包括显示装置， 用于显示第一尺条和第二 尺条测量的 预设数据信息。 0010 进一步地， 所述操作盒内还包括数据处理集成模块， 所述数据处理集 成模块包括 说明书 1/6 页 4 CN 111707167 A 4 电源模块、 微处理器、 通讯单元以及数据存储单元。 0011 进一步地， 所述第一尺条或第二尺条上设置有记录键， 用于记录第一 尺条和第二 尺条测量立木胸径时的数据， 并通过通信单元， 将第一尺条和。

12、 第二尺条测量的预设数据信 息显示在显示装置上并记录在数据存储单元 中。 0012 进一步地， 还包括激光测距装置， 所述激光测距装置， 用于测量激光 测距装置与 树木的间距。 0013 一种树木不对称胸径的测量方法， 包括步骤： 0014 S1： 判断测量装置的V型结构是否为预设张开水平状态； 0015 S2： 若测量装置的V型结构是否为预设张开水平状态， 启动开始测量； 0016 S3： 判断测量装置的第一尺条的第一凸起的第一工作端面是否和树木 相切； 判断 测量装置的第二尺条的第二凸起的第二工作端面是否和树木相 切； 0017 S4： 若第一尺条的第一凸起的第一工作端面和树木相切以及第二。

13、尺条 的第二凸 起的第二工作端面和树木相切， 则通过第一角度传感器获取第一 尺条转动的角度 1以及 通过第二角度传感器获取第二尺条转动的角度 2； 0018 S5： 通过激光测距装置获取激光测距装置与树木的间距。 0019 S6： 通过预设公式得到所述树木胸径。 0020 进一步地， 所述预设公式包括： 0021 0022 上式中， d为树木的胸径大小， 1为第一尺条末端沿第一转轴转动的 角度， 2为第 二尺条沿第二转轴转动的角度， w为测距装置到树木的距离。 0023 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果： 0024 (1)通过测量装置的第一尺条和第二尺条形成的V型结构， 夹持住树 木，。

14、 然后通过 第一角度传感器和第二角度传感器分别测量尺条和树木的夹 角， 并根据获取的两个夹角 以及激光测距装置和数据的距离获取数据胸径 的数据， 能够更加精确的获取不对称树木 的胸径， 并且能够通过操作盒的 显示装置快速读取树木胸径数据， 操作方便， 精确， 减少了 树木胸径测量 人员人工手动记录的步骤， 提高了树木胸径测量的工作效率。 0025 (2)其中测量装置的第一尺条和第二尺条的首端分别设置有第一凸起 和第二凸 起， 通过凸起和树木相切， 能够更精确的保证树木的圆弧面和尺 条只有一个切点， 从而获 取的数据更加准确。 0026 (3)其中第一凸起和第二凸起的第一端面和第二端面上设置有感。

15、应装 置， 能够保 证测量装置在接触到树木时有感应信号， 保证了尺条的凸起的 端面和树木相切的准确性。 附图说明 0027 图1是本发明一个实施例提供的一种树木不对称胸径的测量装置的结 构示意图 一； 0028 图2是本发明一个实施例提供的一种树木不对称胸径的测量装置的几 何等效图； 0029 图3是本发明一个实施例提供的一种树木不对称胸径的测量装置的结 构示意图 二； 说明书 2/6 页 5 CN 111707167 A 5 0030 图4是本发明一个实施例提供的一种树木不对称胸径的测量装置操作 盒的局部 结构示意图一； 0031 图5是本发明一个实施例提供的一种树木不对称胸径的测量装置操作。

16、 盒的局部 结构示意图二； 0032 图6是本发明一个实施例提供的一种树木不对称胸径的测量装置操作 盒的数据 处理集成模块示意图； 0033 图7是本发明一个实施例提供的一种树木不对称胸径的测量时流程图； 0034 图8是本发明一个实施例提供的一种树木不对称胸径的测量的方法流 程图。 0035 其中 101、 第一尺条， 102、 第二尺条， 103、 记录键， 104、 操作盒， 41、 转动槽， 44、 测 距开口， 401、 第一转轴， 402、 第一角度传感器， 403、 第二转轴， 404、 第二角度传感器， 405、 激光测距装置。 具体实施方式 0036 以下是本发明的具体实施例。

17、并结合附图， 对本发明的技术方案作进一 步的描述， 但本发明并不限于这些实施例。 0037 实施例一 0038 本实施例提供了一种树木不对称胸径的测量装置， 如图1至图6所示， 本树木不对 称胸径的测量装置， 包括： 0039 第一尺条101、 第二尺条102以及操作盒104， 所述第一尺条的末端与 所述第二尺 条的末端活动连接， 形成一开口角度可调的V型结构， 树木夹 持在所述V型结构内， 其特征 在于， 所述操作盒内设置有第一角度测量机 构、 第二角度测量机构， 所述第一尺条的首端 折弯形成第一凸起， 所述第 二尺条的首端折弯形成第二凸起， 所述第一凸起包括第一工作 端面， 所述 第二凸起。

18、包括第二工作端面， 所述第一工作端面上设置有第一感应单元， 所述 第二工作端面上设置有第二感应单， 所述第一感应单元和所述第二感 应单元分别用于感 应第一工作端面和第二工作端面是否和树木相切。 0040 第一尺条和第二尺条可以通过操作盒内的转轴进行转动， 当使用者需 要测量树 木时， 双手分别握住第一尺条以及第二尺条， 将第一尺条以及第 二尺条水平展开， 然后对 树木进行夹持， 所述第一尺条的末端和第二尺条 的末端形成V型结构， 第一尺条的第一凸 起的第一工作端面和第二尺条的 第二凸起的第二工作端面分别和树木相切， 此时可以通 过操作盒内的第一 角度传感器和第二角度传感器以及激光测距装置进行数。

19、据记录。 0041 其中激光测距装置设置在第一尺条末端和第二尺条末端交点连线的中 点上。 0042 其中本实施例中提供的树木不对称胸径的测量装置， 通过不同的角度 传感器进 行树木胸径的测量， 能够提高树木胸径测量的精确性。 0043 进一步地， 本树木不对称胸径的测量装置的第一尺条的第一凸起的第 一工作端 面上设置有第一感应装置， 第二尺条的第二凸起的第二工作端面 上设置有第二感应装置， 本实施例中的感应装置为贴片式压力传感器， 通 过压力传感器能够判断当前第一尺条的 第一凸起的第一工作端面以及第二 尺条的第二凸起的第二工作端面是否确为和树木相 切， 增加了测量的精度。 0044 如图1所示。

20、： 定义待测立木树干左半圆切面处为等效近似半圆， 待测 立木树干右 说明书 3/6 页 6 CN 111707167 A 6 半圆切面处为等效近似半圆； 矩形z1为第一尺条， 矩形y1位 第一凸起、 矩形z2为第二尺条， 矩形y2位第二凸起(虚线x1、 x4各自经 过第一尺条和第二尺条内边并与第一凸起和第二凸 起的一边垂直， 虚线x2、 x3分别与虚线x1、 x4平行)， 第一凸起和第二凸起的长度记为z/2； r1、 r2处第一转轴和第二转轴(虚线x1、 x5经过第一转轴的圆心， 虚线x4、 x5经过第二转轴 的圆心， a1为虚线x1、 x5的夹角， a2为虚线x4、 x5的夹 角)； 其中第。

21、一转轴和第二转轴处还装 有角度传感器； L处装有激光测距传 感器， 虚线段s为其待测距离(起始于虚线x5终止于树 木上的一点， 几何 上垂直于虚线x5并经过第一转轴和第二转轴两圆心之间的中心点)。 0045 如图2所示， 当进行测量时， 需要将第一凸起的第一工作端面和第二 凸起的第二 工作端面同时和立木柱面相切， 角a1、 a2通过在第一转轴与第 二转轴处的角度传感器测 出， 记其角度大小分别为 1与 2； 同时激光测 距传感器测出s(线段DI)的距离长短记为w。 线段AB、 AC各为图1中虚 线x1、 x4的几何等效线， 线段O1E、 EB组成线段O1B， 线段O2F、 FC组成 线段O2C。

22、， 线段EB与线段FC长度相等为z/2； 线段O1E、 O1D为半圆O1的 半径， 长度等于R1、 线 段O2F、 O2D为半圆O2的半径， 长度等于R2， 其中 O1B垂直于AB， O2C垂直于AC； 线段GH为图1中 圆心r1、 r2之间的连线， 其长度为z， I为其中心点； 定义线段O2、 O2D、 DI、 IA同在直线O1A上。 定义待测树木不对称胸径为线段O1E与线段O2F相加之和， 从而计算树木 不对称胸径为d O1E+O2F即dR1+R2。 0046 1)O1E计算公式： 0047 AGIa1， BAO190 -a1， DIw， GIBEz/2； 0048 0049 0050 2。

23、)O2F计算公式： 0051 AHIa2， CAO290 -a2， DIw， HICFz/2； 说明书 4/6 页 7 CN 111707167 A 7 0052 0053 0054 3)立木胸径d计算公式： 0055 0056 如图3至图4所示， 101为第一尺条， 其用途是在测量时与立木柱面 相切； 102为第 二尺条， 其用途是在测量时与立木柱面相切， 底面装有连接 102至103的信号线； 103为记录 键， 其用途是在测量时按下它就可以记录 数据。 0057 104为操作盒， 表面有显示屏、 开关、 按键， 在内部装有微处理器的集 成电路、 电 池、 蓝牙、 两个角度传感器、 一个激。

24、光测距传感器、 两个尺条 的转轴、 固定配件等， 其用途是 实现101、 102两者反向旋转后与立木外径 相切， 之后根据角度传感器以及激光测距传感器 返回来的数据通过微处理 器来计算出立木胸径， 并提供人机交互的界面， 可与手机或电脑 上的上位 机软件进行数据传输。 0058 104的左、 中、 右视图如图4所示， 其中阴影部分为开孔， 41、 42、 43、 44都是矩形， 其 用途为101、 102的第一尺条和第二尺条提供旋转空间， 其 中41、 44矩形长边的长度等于101 或102尺条矩形短边的长度， 致使101 夹臂的旋转范围在顺时针0-90 内以及102夹臂的旋 转范围在逆时针 。

25、0-90 内， 45为激光测距传感器的开孔， 其位于操作盒中间视图矩形框的 几何中心。 401、 403为第一转轴和第二转轴； 402、 404为第一角度传感器 和第二角度传感 器； 402下方固定有101， 两者可同时围绕401旋转； 404 下方固定有102， 使两者同时围绕403 旋转。 0059 如图6所示， 其中操作盒的数据处理集成模块由电源模块、 微处理器、 激光测距传 感器、 数据存储单元， 所述数据存储单元为SD卡等模块构成， 微处理器选用高性能、 低成 本、 低功耗的STC15芯片； 电池采用3.7V锂电 池供电。 0060 微处理器STC15需要处理传感器返回来的数据、 按。

26、键扫描、 修改显示 屏内容、 向上 说明书 5/6 页 8 CN 111707167 A 8 位机机和SD卡传送数据等操作。 0061 实施例二 0062 本事实例提供了一种树木不对称胸径的测量方法， 包括步骤S1： 判断 测量装置的 V型结构是否为预设张开水平状态； 0063 S2： 若测量装置的V型结构是否为预设张开水平状态， 启动开始测量； 0064 S3： 判断测量装置的第一尺条的第一凸起的第一工作端面是否和树木 相切； 判断 测量装置的第二尺条的第二凸起的第二工作端面是否和树木相 切； 0065 S4： 若第一尺条的第一凸起的第一工作端面和树木相切以及第二尺条 的第二凸 起的第二工作。

27、端面和树木相切， 则通过第一角度传感器获取第一 尺条转动的角度 1以及 通过第二角度传感器获取第二尺条转动的角度 2； 0066 S5： 通过激光测距装置获取激光测距装置与树木的间距。 0067 S6： 通过预设公式得到所述树木胸径。 0068 进一步地， 所述预设公式包括： 0069 0070 上式中， d为树木的胸径大小， 1为第一尺条末端沿第一转轴转动的 角度， 2为第 二尺条沿第二转轴转动的角度， w为测距装置到树木的距离。 0071 测量后的数据可以直接显示在测量装置操作盒的显示装置上， 具体按 键操作如 图7所示， 当按下记录键时， 还能将测量后的数据保存并上传至 上位机， 方便工。

28、作人员进行 数据分析。 0072 本方法采用分别测量树木两部分的半径， 并通过分别测量的树木半径 的结果进 行相加， 获取树木不对称胸径的测量结果， 使得测量的结果更精 确。 0073 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。 本发明 所属技术 领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或 补充或采用类似的方式 替代， 但并不会偏离本发明的精神所定义的范围。 说明书 6/6 页 9 CN 111707167 A 9 图1 说明书附图 1/6 页 10 CN 111707167 A 10 图2 图3 说明书附图 2/6 页 11 CN 111707167 A 11 图4 图5 说明书附图 3/6 页 12 CN 111707167 A 12 图6 说明书附图 4/6 页 13 CN 111707167 A 13 图7 说明书附图 5/6 页 14 CN 111707167 A 14 图8 说明书附图 6/6 页 15 CN 111707167 A 15 。