基于三角原理的森林測高器研制與應(yīng)用.pdf

1、森林測高器是林業(yè)行業(yè)的基本工具和常用工具，廣泛應(yīng)用于森林經(jīng)營研究、森林資源調(diào)查、森林采伐利用、森林碳匯測算等諸多技術(shù)領(lǐng)域。針對目前生產(chǎn)中森林測高器種類單一且不適用于密林測高環(huán)境的實(shí)際情況，本論文以研發(fā)新型裝備，增強(qiáng)林內(nèi)測高實(shí)用性能，提高外業(yè)工作效率為目的，通過對該領(lǐng)域三角原理測高方法的歸納、分析和拓展性思維，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)出四種新型測高工具—任意點(diǎn)測高器、準(zhǔn)連續(xù)可變距式測高器、旋輪式測高器和改進(jìn)式克里斯屯測高器，其研究結(jié)果如下：
　　

2、 （1）任意點(diǎn)測高器給出了任意點(diǎn)測高器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提出殼體設(shè)計(jì)采用前開蓋式，發(fā)明了“連續(xù)變化的水平距離線”和“連續(xù)變化的測高等高線”設(shè)計(jì)法，解決了林內(nèi)測點(diǎn)任選問題。在產(chǎn)品生產(chǎn)方面，提出將鋁質(zhì)殼體的澆鑄口設(shè)置于模具頂部，同時(shí)采用加熱金屬鑄模與立式澆鑄并舉的方法，使毛坯一次性澆鑄成型完好率達(dá)到了98％以上。在安裝工藝中，采用6〞級經(jīng)緯儀和特制的測高器校驗(yàn)支架聯(lián)合工作的方法，解決了讀數(shù)盤精確安裝問題。除此之外，對任意點(diǎn)測高器還進(jìn)行了外業(yè)

3、應(yīng)用技術(shù)研究，結(jié)果表明在測高精度方面任意點(diǎn)測高器與傳統(tǒng)的勃魯萊測高器無顯著差異，能夠滿足常規(guī)林業(yè)調(diào)查的需要。在測高效率方面，郁閉度和坡度對本產(chǎn)品和勃魯萊測高器的工作效率都有影響，但相比之下，本測高器所受影響較小，即使在郁閉度1.0 或坡度25°以上時(shí)，本測高器也能完成測高工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在郁閉度0.3～0.8 范圍和坡度25°以下的林分中，本測高器比勃魯萊測高器可提高工作效率0.5～2倍以上，郁閉度越大，坡度越大，其工效提高越多。<

4、br>　　 （2）準(zhǔn)連續(xù)可變距式測高器給出了準(zhǔn)連續(xù)可變距式測高器的基本結(jié)構(gòu)，并在讀數(shù)盤設(shè)計(jì)中成功采用了具有固定間隔的“準(zhǔn)連續(xù)式水平距離線”和具有徑向讀數(shù)功能的“階梯狀等高線”設(shè)計(jì)方法，解決了高度刻線與垂針平行的問題，不僅使樹高刻度變得清晰易讀，而且能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)刻度值為多個(gè)刻度線共用，這樣既節(jié)約了讀數(shù)盤空間，又能在有限的讀數(shù)盤盤面上設(shè)計(jì)出更多的水平距離線，便于外業(yè)使用。另外在樣機(jī)研制中，成功地將準(zhǔn)連續(xù)式和勃魯萊式測高方法有機(jī)整合，使森林

5、調(diào)查員在野外使用測高器時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場情況自由選擇。此外，通過將15m和20m兩條水平距離線“合二為一、上下標(biāo)示”的方法，使得該部分刻線清晰易讀，更加適合于野外使用。在樣機(jī)制作方面，借用生產(chǎn)質(zhì)量比較穩(wěn)定的國產(chǎn)CGQ-1 型測高器殼體及控制部件作為準(zhǔn)連續(xù)式測高器的機(jī)械部分，保證了樣機(jī)制作精度。在讀數(shù)盤研制中，采用可視化BSIC 編程法解決了讀數(shù)線刻制精度問題，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，不僅快速準(zhǔn)確的制作出高精度的讀數(shù)盤樣品，而且利用其高速性，實(shí)現(xiàn)

6、了在短時(shí)間內(nèi)對多種圖線方案的比對和篩選，包括圖線的間隔、粗細(xì)、線間加色等，進(jìn)而確定出讀數(shù)盤圖線的最佳方案。除此之外，本研究還進(jìn)行了外業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，得出準(zhǔn)連續(xù)可變距式測高器工作效率多數(shù)情況下優(yōu)于任意點(diǎn)式，但在郁閉度1.0的林分中低于任意點(diǎn)式的結(jié)論。
　　 （3）旋輪式測高器給出了旋輪式測高器的基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并重點(diǎn)論述了旋輪結(jié)構(gòu)的組成和工作原理。旋輪結(jié)構(gòu)的應(yīng)用為動態(tài)讀數(shù)盤設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，該新型結(jié)構(gòu)不僅有效增加了讀數(shù)盤刻線設(shè)計(jì)面積，而且

7、通過與前蓋讀數(shù)窗的配合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在讀數(shù)窗內(nèi)單條水平距離線獨(dú)立顯示的讀數(shù)效果，進(jìn)而減少了外業(yè)發(fā)生讀數(shù)錯(cuò)誤的可能性。在讀數(shù)盤設(shè)計(jì)方面，用“矩形讀數(shù)尺帶”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“弧形讀數(shù)盤”，同時(shí)將水平距離線設(shè)計(jì)成直線型結(jié)構(gòu)，這為讀數(shù)盤在旋輪上的旋轉(zhuǎn)安裝奠定了基礎(chǔ)。另外，研究分析認(rèn)為：旋輪測高器因增添了旋輪結(jié)構(gòu)而使得體積和重量會有一定增加，本研究初步提出將旋輪直徑控制在2～2.5cm之內(nèi)的技術(shù)要求，同時(shí)還認(rèn)為，因安裝旋輪帶來的選點(diǎn)靈活、讀數(shù)方便、不易出

8、錯(cuò)、測量范圍寬泛等優(yōu)點(diǎn)將彌補(bǔ)上述不足，進(jìn)而使該測高器從總體上優(yōu)于傳統(tǒng)的勃魯萊式結(jié)構(gòu)，成為很有開發(fā)前途的新型測高器類型。
　　 （4）改進(jìn)式克里斯屯測高器給出了改進(jìn)式克里斯屯測高器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，論述了改進(jìn)思路、方法及樣機(jī)制作過程。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，提出了“活動的尺角”這一關(guān)鍵性設(shè)計(jì)，從而使尺角間距可調(diào)、配合標(biāo)桿長度可以現(xiàn)場確定，而不再象原克里斯屯測高器那樣必須使用“2m”標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)高。該設(shè)計(jì)為野外使用帶來了方便。由于可用任意標(biāo)高，故外業(yè)

9、中可以不帶標(biāo)桿，而采用樹前舉手的方法代替，進(jìn)而能夠減輕勞動強(qiáng)度，提高工作效率。另外，改進(jìn)式克里斯屯測高器的尺身刻度采用直線比例結(jié)構(gòu)，比原克里斯屯測高器中的刻線更加易讀，不會因樹高增大而出現(xiàn)刻線變密現(xiàn)象，因此能夠提高測高讀數(shù)的精度。另外在樣機(jī)研制過程中還成功開發(fā)出了中部帶有矩形缺口的“缺口式活動尺角”，解決了因尺角“邊緣輝光”而導(dǎo)致的視線位置不易確定的問題，該技術(shù)提高了樹高測量的準(zhǔn)確性。除此之外，通過對改進(jìn)式克里斯屯測高器的外業(yè)應(yīng)用研究證

10、明，其測高標(biāo)準(zhǔn)誤差可控制在5％以內(nèi)，測高精度略低于勃魯萊式和任意點(diǎn)式，但由于其測點(diǎn)任選、不需量距，工效是勃魯萊的2.5倍左右，因此對大面積森林調(diào)查來說依然表現(xiàn)出良好的推廣使用價(jià)值。
　　 本研究為林業(yè)調(diào)查提供了新的實(shí)用性測高技術(shù)裝備，對提高森林野外調(diào)查水平，保障原始數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性有益。研制中采用的“連續(xù)”和“準(zhǔn)連續(xù)”的設(shè)計(jì)思想、能夠有效增加讀數(shù)盤設(shè)計(jì)面積的旋輪結(jié)構(gòu)、以及首次提出的基部被擋時(shí)一次性測定樹高的理論和方法，對于三