一种树高和冠幅测量装置及其测量方法

本发明涉及树木测量技术领域，尤其涉及一种树高和冠幅测量装置及其测量方法。

背景技术：

在林业调查中，树高和冠幅是评价树木质量的重要指标。其中，树高是指地面上方的根茎与树冠顶部之间的距离，冠幅是指树干上方枝叶所构成部分的宽度。

目前常用的树高测量工具为勃鲁莱测高器和克里斯屯测高器，但这两种测高器的测量误差较大。专利号为cn209727051的专利文献公开了一种快速测量树高和冠幅的仪器，需要外接电源使用，不适用于野外测量工作。专利号为cn206818104的专利文献公开的一种基于勃鲁莱测高器的新型测量树高装置，需要人工确定测点至待测树木的水平距离，费时费力，而且只能实现树高的单一测量。专利号为cn103162635的专利文献公开了一种使用相机测量冠幅及树高的装置，需要使用十字尺辅助测量树高和冠幅，而且需要人工计算数值，耗费人力。

因此，目前缺乏一种能够同时实现树高及冠幅的自动测量和自动计算的高精度测量装置。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种树高和冠幅测量装置及其测量方法，其解决了现有的树高和冠幅测量装置需要人工辅助测量和计算、操作复杂繁琐且精度较低的问题，而且解决了现有的树高和冠幅测量装置无法同时实现树高及冠幅的自动测量和自动计算的高精度测量的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种树高和冠幅测量装置，包括树高测量设备、冠幅测量设备和数据处理模块，所述树高测量设备位于所述冠幅测量设备的上方；

所述冠幅测量设备包括冠幅测量设备主体、角度调节旋钮、冠幅角度传感器、冠幅激光测距仪和冠幅终止按钮，所述角度调节旋钮、所述冠幅角度传感器和所述冠幅终止按钮设置在所述冠幅测量设备主体上，所述冠幅激光测距仪位于所述冠幅测量设备主体的侧面；

所述树高测量设备包括树高测量设备主体、树高角度传感器、树高激光测距仪和树高终止按钮，所述树高角度传感器和所述树高终止按钮设置在所述树高测量设备主体上，所述树高激光测距仪位于所述树高测量设备主体的侧面；

所述角度调节旋钮用于控制所述冠幅测量设备绕旋转轴线转动以及所述树高测量设备相对所述冠幅测量设备上下转动；

所述冠幅角度传感器和所述冠幅激光测距仪均分别与所述数据处理模块和所述冠幅终止按钮电性连接，所述树高角度传感器和所述树高激光测距仪均分别与所述数据处理模块和所述树高终止按钮电性连接；

所述冠幅角度传感器用于实时监测所述冠幅测量设备主体绕所述旋转轴线转动的转动角度α，所述冠幅激光测距仪用于实时测量所述冠幅测量设备主体与树冠之间的距离h，所述树高角度传感器用于实时监测所述树高测量设备主体的上下转动时的转动角度β，所述树高激光测距仪用于实时测量所述树高测量设备主体与所述树冠之间的距离h；

所述冠幅终止按钮用于控制所述冠幅角度传感器和所述冠幅激光测距仪停止工作，所述树高终止按钮用于控制所述树高角度传感器和所述冠幅激光测距仪停止工作；

所述数据处理模块用于实时接收转动角度α、距离h、转动角度β以及距离h，并计算出冠幅和树高。

根据本发明，所述冠幅测量设备还包括转动件，所述转动件为柱体，所述转动件的纵向轴线为所述旋转轴线；

所述转动件位于所述冠幅测量设备主体的底部，所述转动件能够带动所述冠幅测量设备主体和所述树高测量设备主体同步绕所述旋转轴线转动以及同步上下转动。

根据本发明，还包括联动结构，所述树高测量设备主体和所述冠幅测量设备主体通过联动机构连接；

旋转所述角度调节旋钮，所述冠幅测量设备主体绕所述旋转轴线转动，同时，所述树高测量设备主体相对所述冠幅测量设备主体向上转动。

根据本发明，所述冠幅测量设备还包括连接件，所述连接件的一端固定在所述冠幅测量设备主体上，另一端与所述树高测量设备主体转动连接。

根据本发明，所述树高测量设备还包括位于所述树高测量设备主体顶部的瞄准镜。

根据本发明，还包括位于所述冠幅测量设备下方的支架。

根据本发明，所述支架为高度和宽度可调节的三脚支架。

根据本发明，还包括显示屏；

所述显示屏与所述数据处理模块电性连接，所述数据处理模块将冠幅和树高的数据发送至所述显示屏，所述显示屏用于显示所述冠幅和树高的数据。

第二方面，本发明实施例还提供一种使用树高和冠幅测量装置的测量方法，其测量方法为：

s1：初始位置时，所述冠幅激光测距仪和所述树高激光测距仪面向所述树冠；

s2：旋转角度调节旋钮，所述冠幅测量设备主体绕所述旋转轴线转动，所述树高测量设备主体向上转动；

所述冠幅角度传感器实时监测所述冠幅测量设备主体绕旋转轴线转动的转动角度α，所述冠幅激光测距仪实时测量冠幅测量设备主体与所述树冠之间的距离h；

所述树高角度传感器实时监测所述树高测量设备主体上下转动的转动角度β，所述树高激光测距仪实时测量所述树高测量设备主体与所述树冠之间的距离h；

s3：当所述冠幅测量设备主体对应于所述树冠的宽度方向的一侧时，按下所述冠幅终止按钮，所述冠幅角度传感器和所述冠幅激光测距仪停止工作，所述数据处理模块记录此时的转动角度为α1，距离为h1；

所述冠幅测量设备主体由初始位置转动至对应于所述树冠的宽度方向的另一侧时，按下所述冠幅终止按钮，所述冠幅角度传感器和所述冠幅激光测距仪停止工作，所述数据处理模块记录此时的转动角度为α2，距离为h2；

所述数据处理模块通过如下公式计算出所述树冠的冠幅：

h1×sinα1+h2×sinα2

当所述树高测量设备主体对应于所述树冠的顶部时，按下所述树高终止按钮，所述树高角度传感器和所述树高激光测距仪停止工作，所述数据处理模块记录此时的转动角度为β1，距离为h1；

所述数据处理模块通过如下公式计算出树高：

h2+h1×sinβ1

其中，h2表示树高测量设备主体至地面的距离。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提出的树高和冠幅测量装置及其测量方法，通过旋转角度调节旋钮，能够控制冠幅测量设备绕旋转轴线转动，并通过冠幅测量设备主体上设置的冠幅角度传感器实时监测冠幅测量设备主体绕旋转轴线转动的转动角度α，通过冠幅测量设备主体侧面设置的冠幅激光测距仪实时测量冠幅设备主体与树冠的距离h，并由数据处理模块实时接收转动角度α和距离h。在冠幅测量设备主体由初始位置转动至对应于树冠宽度方向的一侧时，通过按下冠幅终止按钮，冠幅角度传感器和冠幅激光测距仪停止工作，数据处理模块记录此时的转动角度为α1，距离为h1。在冠幅测量设备主体由初始位置转动至对应于树冠宽度方向的另一侧时，通过按下冠幅终止按钮，冠幅角度传感器和冠幅激光测距仪停止工作，数据处理模块记录此时的转动角度为α2，距离为h2。数据处理模块根据转动角度为α1、距离h1、转动角度为α2和距离为h2计算出待测树木的冠幅。实现了树高及冠幅测量装置中待测树木的冠幅的自动测量和自动计算，进而并保证了冠幅的测量精度。

其次，本发明提出的树高和冠幅测量装置通过旋转角度调节旋钮，能够控制树高测量设备相对支架向上转动，并通过树高测量设备主体上设置的树高角度传感器实时监测树高测量设备主体上下转动的转动角度β，通过树高测量设备主体一侧设置的树高激光测距仪实时测量树高设备主体与树冠的距离h，并由数据处理模块实时接收转动角度β和距离h。在树高测量设备主体由初始位置转动至对应于树冠的顶部时，通过按下树高终止按钮，树高角度传感器和树高激光测距仪停止工作，数据处理模块记录此时的转动角度为β1，距离为h1，进而计算出待测树木的树高。实现了树高及冠幅测量装置中待测树木的树高的自动测量和自动计算，进而保证了树高的测量精度。

附图说明

图1为当待测树木的树冠底部低于本发明的树高和冠幅测量装置时的树高测量示意图；

图2为图1中的a处放大示意图；

图3为图1中的冠幅测量设备测量冠幅时的俯视示意图；

图4为当待测树木的树冠底部高于本发明的树高和冠幅测量装置时的树高测量示意图。

【附图标记说明】

1：冠幅测量设备；11：冠幅测量设备主体；12：角度调节旋钮；13：冠幅角度传感器；14：冠幅激光测距仪；15：冠幅终止按钮；16：连接件；17：转动件；

2：树高测量设备；21：树高测量设备主体；22：树高角度传感器；23：树高激光测距仪；24：树高终止按钮；25：瞄准镜；

3：数据处理模块；

4：显示屏；

5：支架；

6：待测树木；61：树冠；

α1：冠幅测量设备主体由初始位置绕旋转轴线转动至对应于待测树木的树冠的宽度方向的一侧时的旋转角度；

α2：冠幅测量设备主体由初始位置绕旋转轴线转动至对应于待测树木的树冠的宽度方向的另一侧时的旋转角度；

β1：树高测量设备主体由初始位置向上转动至对应于待测树木的树冠的顶部时的旋转角度；

h1：冠幅测量设备主体由初始位置绕旋转轴线转动至对应于待测树木的树冠的宽度方向的一侧时，冠幅测量设备主体与树冠的间距；

h2：冠幅测量设备主体由初始位置绕旋转轴线转动至对应于待测树木的树冠的宽度方向的另一侧时，冠幅测量设备主体与树冠的间距；

h1：树高测量设备主体由初始位置向上转动至对应于待测树木的树冠的顶部时，树高测量设备主体与树冠的间距；

h2：树高测量设备主体与地面的间距。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”等方位名词以图1的定向为参照。

参照图1-图4所示，本发明实施例提出的树高和冠幅测量装置，包括支架5、树高测量设备2、冠幅测量设备1、数据处理模块3和显示屏4。树高测量设备2和冠幅测量设备1由上至下依次设置在支架5的上方。冠幅测量设备1和树高测量设备2均分别与数据处理模块3电性连接，数据处理模块3和显示屏4电性连接。

参照图1和图4所示，其中，支架5用于支撑树高测量设备2和冠幅测量设备1。冠幅测量设备1和树高测量设备2能够相对支架5同步水平转动和上下转动，以将树高和冠幅测量装置转动至与待测树木6的树冠61相对应。冠幅测量设备1能够绕旋转轴线转动，以测量冠幅测量设备1绕旋转轴线转动的转动角度α、冠幅测量设备1与树冠61之间的距离h。树高测量设备2能够相对冠幅测量设备1上下转动，以测量树高测量设备2上下转动的转动角度β以及树高测量设备2与树冠61之间的距离h。数据处理模块3实时接收冠幅测量设备1发送的转动角度α和距离h，以及树高测量设备2发送的转动角度β和距离h。数据处理模块3通过转动角度α和距离h计算出冠幅，通过转动角度β和距离h计算出树高，并将冠幅和树高的数据发送至显示屏4，显示屏4用于显示冠幅和树高的数据。

参照图1和图4所示，进一步，支架5为高度和宽度均可调整的三脚支架，以适用于各种地形。

参照图2所示，进一步，冠幅测量设备1包括冠幅测量设备主体11、角度调节旋钮12、冠幅角度传感器13、冠幅激光测距仪14、冠幅终止按钮15、连接件16和转动件17。

角度调节旋钮12、冠幅角度传感器13和冠幅终止按钮15均设置在冠幅测量设备主体11上。冠幅激光测距仪14位于冠幅测量设备主体11的侧面。连接件16的一端固定在冠幅测量设备主体11的顶部。转动件17为柱体，位于冠幅测量设备主体11的底部，且位于冠幅测量设备主体11和支架5之间，转动件17的纵向轴线为冠幅测量设备主体11的旋转轴线。转动件17能够带动冠幅测量设备主体11和树高测量设备2同步绕旋转轴线转动以及相对支架5上下转动。冠幅角度传感器13和冠幅激光测距仪14均分别与冠幅终止按钮15和数据处理模块3电性连接。

角度调节旋钮12用于控制冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动。冠幅角度传感器13用于监测冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动的转动角度α并将转动角度α实时发送至数据处理模块3。冠幅激光测距仪14用于测量冠幅测量设备主体11与树冠61宽度方向的一侧之间的距离h，并将距离h实时发送至数据处理模块3。冠幅终止按钮15用于控制冠幅角度传感器13停止监测转动角度α以及冠幅激光测距仪14停止测量距离h。

参照图2所示，进一步，树高测量设备2包括树高测量设备主体21、树高角度传感器22、树高激光测距仪23、瞄准镜25和树高终止按钮24。

具体地，树高测量设备主体21转动连接在连接件16的另一端，树高测量设备主体21能够相对冠幅测量设备主体11上下转动。

树高测量设备主体21和冠幅测量设备主体11通过联动机构连接。角度调节旋钮12通过联动机构控制树高测量设备主体21和冠幅测量设备主体11同步转动。旋转角度调节旋钮12，冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动，同时，树高测量设备主体21相对冠幅测量设备主体11向上转动，进而减少了结构件的设置数量，便于用户操作。

具体地，树高角度传感器22设置在树高测量设备主体21上，树高激光测距仪23位于树高测量设备主体21的侧面，瞄准镜25位于树高测量设备主体21的顶部。树高角度传感器22和树高激光测距仪23均分别与数据处理模块3和树高终止按钮24电性连接。

通过角度调节旋钮12控制树高测量设备主体21相对冠幅测量设备主体11向上转动时，树高角度传感器22实时监测树高测量设备主体21上下转动的转动角度β，并将转动角度β数据实时发送至数据处理模块3，树高激光测距仪23用于测量树高测量设备主体21与树冠61顶部之间的距离h，并将距离h实时发送至数据处理模块3。树高终止按钮24用于控制树高角度传感器22和树高激光测距仪23停止工作。

参照图1所示，进一步，根据树高和冠幅测量装置与待测树木6的树冠61的位置关系，其树高测量和冠幅测量的方式包括如下两个方式：

方式一：当树冠61的底部低于树高和冠幅测量装置的顶部时，树高和冠幅测量装置的测量方式为：

先将树高和冠幅测量装置置于距待测树木6一定距离的位置处，调节支架5的高度和宽度使树高和冠幅测量装置保持稳定。水平转动转动件17，带动冠幅测量设备主体11和树高测量设备主体21同步水平转动至冠幅激光测距仪14和树高激光测距仪23面向待测树木6的树冠61，该位置为初始位置。

接着，旋转角度调节旋钮12，冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动，同时，树高测量设备主体21相对冠幅测量设备主体11向上转动。冠幅角度传感器13实时监测冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动的转动角度α，并实时将转动角度α发送至数据处理模块3，冠幅激光测距仪14测量冠幅设备主体与树冠61之间的冠幅距离h，并实时将距离h发送至数据处理模块3。树高角度传感器22实时监测树高测量设备主体21上下转动的转动角度β，并实时将转动角度β发送至数据处理模块3，树高激光测距仪23测量树高设备主体与树冠61之间的距离h，并实时将距离h发送至数据处理模块3。

(1)当冠幅测量设备主体11先转动至对应于树冠61宽度方向的一侧，其操作方式如下：

参照图3所示，通过瞄准镜25观察冠幅测量设备主体11对应于树冠61宽度方向的一侧时，按下冠幅终止按钮15，冠幅角度传感器13和冠幅激光测距仪14停止工作，数据处理模块3记录此时的转动角度为α1，距离为h1。继续旋转角度调节旋钮12，冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动，树高测量设备主体21相对冠幅测量设备主体11向上转动，此时冠幅角度传感器13和冠幅激光测距仪14停止工作。参照图1所示，通过瞄准镜25观察树高测量设备主体21对应于树冠61的顶部时，按下树高终止按钮24，树高角度传感器22和树高激光测距仪23停止工作，数据处理模块3记录此时的转动角度为β1，距离为h1。

随后，水平转动转动件17，带动冠幅测量设备主体11和树高测量设备2同步水平转动至冠幅激光测距仪14和树高激光测距仪23面向待测树木6，即将树高和冠幅测量装置回复至初始位置。

参照图3所示，接着，旋转角度调节旋钮12，冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动，通过瞄准镜25观察冠幅测量设备主体11对应于树冠61的宽度方向的另一侧时，按下冠幅终止按钮15，冠幅角度传感器13和冠幅激光测距仪14停止工作，数据处理模块3记录此时的转动角度为α2，距离为h2。

(2)当树高测量设备主体21先转动至对应于树冠61的顶部，其操作方法如下：

参照图1所示，通过瞄准镜25观察树高测量设备主体21对应于树冠61的顶部时，按下树高终止按钮24，树高角度传感器22和树高激光测距仪23停止工作，数据处理模块3记录此时的转动角度为β1，距离为h1。继续旋转角度调节旋钮12，冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动，树高测量设备主体21相对冠幅测量设备主体11向上转动。参照图3所示，通过瞄准镜25观察冠幅测量设备主体11对应于树冠61宽度方向的一侧时，按下冠幅终止按钮15，冠幅角度传感器13和冠幅激光测距仪14停止工作，数据处理模块3记录此时的转动角度为α1，距离为h1。

随后，水平转动转动件17，带动冠幅测量设备1和树高测量设备2同步水平转动至冠幅激光测距仪14和树高激光测距仪23面向待测树木6，即将树高和冠幅测量装置回复至初始位置。

参照图3所示，接着，旋转角度调节旋钮12，冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动，通过瞄准镜25观察冠幅测量设备主体11对应于树冠61的宽度方向的另一侧时，按下冠幅终止按钮15，冠幅角度传感器13和冠幅激光测距仪14停止工作，数据处理模块3记录此时的转动角度为α2，距离为h2。

数据处理模块3通过如下公式计算出树冠61的冠幅：

h1×sinα1+h2×sinα2

数据处理模块3通过如下公式计算出树高：

h2+h1×sinβ1

其中，h2表示树高测量设备2与地面的间距。

参照图4所示，方式二：当待测树木6的树冠61的底部高于树高和冠幅测量装置的顶部时，树高和冠幅测量装置的测量方法为：

先将树高和冠幅测量装置置于距待测树木6一定距离的位置处，调节支架5的高度和宽度使树高和冠幅测量装置保持稳定。水平转动转动件17，带动冠幅测量设备主体11和树高测量设备主体21同步水平转动至冠幅激光测距仪14和树高激光测距仪23对应于待测树木6。接着，向上转动转动件17，带动冠幅测量设备主体11和树高测量设备2同步向上转动，通过瞄准镜25观察冠幅测量设备主体11和树高测量设备主体21同步向上转动至冠幅激光测距仪14和树高激光测距仪23面向待测树木6的树冠61，该位置为初始位置。余下的冠幅测量和树高测量的方式与方式一一致。

本发明提出的树高和冠幅测量装置通过旋转角度调节旋钮12，能够控制冠幅测量设备1绕旋转轴线转动，并通过冠幅测量设备主体11上设置的冠幅角度传感器13实时监测冠幅测量设备主体11绕旋转轴线转动的转动角度α，通过冠幅测量设备主体11侧面设置的冠幅激光测距仪14实时测量冠幅设备主体与树冠61的距离h，并由数据处理模块3实时接收转动角度α和距离h。在冠幅测量设备主体11转动至对应于树冠61宽度方向的一侧时，通过按下冠幅终止按钮15，冠幅角度传感器13和冠幅激光测距仪14停止工作，数据处理模块3记录此时的转动角度为α1，距离为h1。在冠幅测量设备主体由初始位置转动至对应于树冠宽度方向的另一侧时，通过按下冠幅终止按钮，冠幅角度传感器和冠幅激光测距仪停止工作，数据处理模块记录此时的转动角度为α2，距离为h2。数据处理模块根据转动角度为α1、距离h1、转动角度为α2和距离为h2计算出待测树木的冠幅。实现了树高及冠幅测量装置中待测树木6的冠幅的自动测量和自动计算，进而并保证了冠幅的测量精度。

其次，本发明提出的树高和冠幅测量装置通过旋转角度调节旋钮12，能够控制树高测量设备2相对支架5向上转动，并通过树高测量设备主体21上设置的树高角度传感器22实时监测树高测量设备主体21上下转动的转动角度β，通过树高测量设备主体21侧面设置的树高激光测距仪23实时测量树高设备主体与树冠61的距离h，并由数据处理模块3实时接收转动角度β和距离h。在树高测量设备主体21转动至对应于树冠61的顶部时，通过按下树高终止按钮24，树高角度传感器22和树高激光测距仪23停止工作，数据处理模块3记录此时的转动角度为β1，距离为h1，进而计算出待测树木6的树高。实现了树高及冠幅测量装置中待测树木6的树高的自动测量和自动计算，进而并保证了树高的测量精度。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。