树木自动测径系统设计文献综述

 2022-07-15 08:07

《树木自动测径系统设计》文献综述

  1. 前言

在现代林业研究的过程中,树木的直径是非常重要的一项数据,其测量工具主要是轮尺与围尺[1~2]。在研究过程中得到精准的树木直径对研究来说有非凡的意义。在树轮气候学中, 需要了解历史时期的气候变化, 理解气候对树木径向生长的响应机理。[3]目前, 市场上也出现了一些测量树木胸高直径的电子类产品, 如树木直径记录仪、测树超站仪、蓝色测径仪、数码测树尺和果茎生长测量尺等。[4]用于树干与木材直径的测量工具种类很多, 结构繁简差别很大[5~7]

  1. 现状与发展

对于现有的测量仪器,很容易发现, 尺的携带与读数都不方便, 测定值不稳定;围尺虽工具简单, 但测量者双手须接触树干, 当所测树木树干带有尖刺或是有大量分泌物时, 测量工作就会无法很好完成。与此同时这两者都不适宜胸径大于60 cm的大树测量。虽然芬兰抛物线弯轮尺、毕特里希叉形轮尺、特莫尔测杖等[8~9]非触式工具能测量大树直径, 但由于携带与操作不便, 在实际工作中很少使用。对于标准测量, 通常需测量者与记录者两人协作完成, 然后开始繁琐的统计计算工作, 最后才能确定标准木进行干解析, 这个过程不仅费时还有一定的误差在其中。为了能使每木检尺与数据统计同步进行, 国外最先研究有瑞典自记尺、苏联自记轮尺、自记纸带轮尺、SMR计算化轮尺等[10],这些采用编码器或采用电子机械轮尺方法再配具有键盘的数据记录器 (终端) 之类的改进,工具电子化技术比较原始, 体积都比较庞大。在我国, 一些学者也了一些努力, 如开合角尺[11]、测径靠尺[12~13]和智能测径仪[14]等, 这些基本上以相切原理和以直线位移传感器为术支撑的仪器, 有的只是停留在概念性设计阶段, 有的由于在结构、性能, 操作等方面仍存在不足而未能在林上得以普及应用。可以说, 目前林木直径测量并未取到实质性的突破, 森林计测工具的滞后与数字林业的发展相悖。

  1. 研究内容及任务
    1. 测径仪研制原理

如图3-1所示简略原理图,本设计将采用数学几何知识灵活测取数目直径。

设定图中以O点为圆心的圆为待测树木的横截面,EG与HV分别是仪器左活动臂与右活动臂的内边与大圆的切线, E、H为两切点, OE与O H等于半径r.园心D与园心P的两个小圆为仪器测径装置中左右两个等直径啮合齿轮, 相切于B点, 圆心的连线为DP, 两小圆的半径等于DB;BC为仪器固定杆的长度, 与大圆相交于C点.

作通过左齿轮的圆心D点且平行于切线EG的一直线FA, F是半径OE的延长线与FA的交点, A是固定杆CB的延长线与FA的交点.

由上述说明并通过几何知识可以求得数目直径的计算公式为:

图3- 1树木自动测径原理图

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