陳曉東 寧鵬 苗科 李浩浩 郝慧榮

摘要：指出了測量是貫穿于森林資源調(diào)查、規(guī)劃、林業(yè)各項工程施工、監(jiān)瀏等全過程的最基礎(chǔ)工序，該工序完成的準(zhǔn)確性和實用性對林業(yè)各項工作的成效影響很大。介紹了一種基于超聲波測距原理的測量工具，Vertex 1V;fv Transponder T3，通過該組工具的配合使用，可方便、快捷、科學(xué)、高效地完成林業(yè)外業(yè)工作中常用的樹高、距離、角度、斷面積的測童工作，尤其適合樣圓法調(diào)查。提出了該組測量儀器使用的注意事項，希望對相關(guān)工作提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：Vertex Ⅳ工具;Transponder T3工具;超聲波測距;測量

中圖分類號：S750 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）22-0175-02

1 引言

測量，是貫穿于森林資源調(diào)查、規(guī)劃、林業(yè)各項工程施工、監(jiān)測等全過程的最基礎(chǔ)工序，傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)查中，測距主要靠測繩完成，測樹高和坡度靠估測完成，所得數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，嚴(yán)重制約了林業(yè)各項工作，引入科學(xué)的量測工具，可以提高林業(yè)調(diào)查的質(zhì)量和效率川，進而促進林業(yè)全過程整體質(zhì)量的提升。

2 Vertex Ⅳ、Transponder T3組件外觀

特征和功能簡述

Vertex Ⅳ、Transponder T3是由瑞典Haglf公司生產(chǎn)的一組測量工具。該組測量工具在林業(yè)上主要用來測樹高，也能被用來測量距離、水平距離、角度等。

2.1 Vertex Ⅳ外觀特征和功能簡述

Vertex Ⅳ有兩個方向鍵（DME鍵和IR鍵）和一個開機鍵（ON鍵）。

方向鍵用來選擇各菜單項和設(shè)置各項參數(shù)，同時按兩個方向鍵可以關(guān)閉儀器（或者60s之內(nèi)無操作，該儀器可自動關(guān)閉）。ON鍵用來開機、確認(rèn)各項參數(shù)和確認(rèn)瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

Vertex Ⅳ供電采用1節(jié)1.5VAA堿性電池（5號），正極朝里，正常情況下1節(jié)電池可以維持儀器正常運轉(zhuǎn)幾周甚至幾個月。經(jīng)實際使用驗證，續(xù)航時間至少可以達到3個月。

溫度傳感器用來監(jiān)測外界溫度，由于Vertex Ⅳ是通過超聲波的發(fā)射和接收過程來測定距離，而溫度、濕度、氣壓、噪音會影響超聲波傳輸，其中溫度對超聲波傳輸?shù)挠绊懽畲?，為解決這個問題，該儀器內(nèi)置了溫度補償機制并通過校驗過程來確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

Vertex Ⅳ長8cm，寬5cm，厚3cm，并在電池后蓋位置設(shè)有方便攜帶的掛繩，適合野外作業(yè)。

2.2 Transponder T3及其配件外觀及功能簡述

T3應(yīng)答器通過超聲波的收發(fā)與Vertex Ⅳ配合使用，開啟狀態(tài)下T3會不間斷無規(guī)則的發(fā)出“嘀”響。該圓形應(yīng)答器直徑6cm，厚度3cm，內(nèi)設(shè)的揚聲器可以指征該應(yīng)答器是否被開啟。

T3上不設(shè)開關(guān)，只能通過Vertex Ⅳ上的DME鍵來開啟或關(guān)閉。開啟方法：T3關(guān)閉狀態(tài)下，將VertexⅣ和T3上的揚聲器口兩兩相對，長按Vertex Ⅳ上的DME鍵直到T3發(fā)出“嘀嘀”兩聲響。關(guān)閉方法：將Vertex Ⅳ和T3上的揚聲器口兩兩相對，長按VertexⅣ上的DME鍵直到T3發(fā)出“嘀嘀嘀嘀”四聲響。

T3采用1節(jié)1.5VAA堿性電池（5號）供電，整個T3后蓋可以旋開以更換電池。

T3設(shè)有固定鉤和固定卡扣，方便將設(shè)備固定在待測物體表面（林業(yè)上主要是樹皮上），T3應(yīng)答器可以接收60°范圍的信號。在測量高度時，T3放置的高度應(yīng)與內(nèi)設(shè)的T.HEIGHT值一致，為高度測量提供一個固定的高度參考。

3 Vertex Ⅳ、Transponder T3及其配件的使用方法

3.1 校準(zhǔn)

校驗所產(chǎn)生的誤差將將作為系統(tǒng)誤差永久存在，所以高質(zhì)量的校驗工作很有必要。因為溫度對超聲波的傳播影響較大[2]，在進行校驗前應(yīng)給儀器10min的時間去適應(yīng)外界溫度。

校驗時，首先開啟Vertex Ⅳ、Transponder T3，使二者處于同一高度，在T3和Vertex Ⅳ前端之間使用測繩確定出一個準(zhǔn)確的10m距離。確定好之后，打開Vertex Ⅳ翻到校驗（CALIBRATE）選項并進入，按ON鍵，儀器將會以T3和Vertex Ⅳ之間的距離為標(biāo)準(zhǔn)校驗到10m整，以后的距離測量也將以此次的校驗結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 測量距離

Vertex Ⅳ在關(guān)閉狀態(tài)下，瞄準(zhǔn)T3，僅按一次DME鍵，可以觸發(fā)Vertex Ⅳ的距離測量功能并在顯示器上顯示量測到的距離結(jié)果。

3.3 測量角度

開啟Vertex Ⅳ并轉(zhuǎn)到角度（ANGLE）菜單，瞄準(zhǔn)T3，長按ON鍵直到紅十字絲消失。角度值同時顯示角度（Degree 0-360），斜度（Gradient 0～400），百分度（%0～100）3種表達格式。

3.4 測量水平距

開啟Vertex W并轉(zhuǎn)到角度（ANGLE）菜單，測量完角度值后，將Vertex N保持在剛剛測定角度時的位置，同時按DME鍵一次，所得距離即為Vertex Ⅳ到T3之間的水平距離。

3.5 測量高度

樹高是進行蓄積量、生長量測算的重要參數(shù)，傳統(tǒng)測量中采用對比估計法所得的樹高數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊[3]，使得在此基礎(chǔ)上得到的調(diào)查數(shù)據(jù)甚至后期的規(guī)劃數(shù)據(jù)的可信度降低[4]。該儀器測量樹高基于三角函數(shù)原理，測量結(jié)果科學(xué)可靠。測量樹高步驟如下。

①開啟T3，將其固定于樹干上，高度與內(nèi)設(shè)的T.HEIGHT值（默認(rèn)為1.3m）一致。

②按ON鍵開啟Vertex Ⅳ，轉(zhuǎn)到樹高（HEIGHT）選項，透過瞄準(zhǔn)鏡中的紅十字絲對準(zhǔn)T3超聲波接收口，長按ON鍵直到紅十字絲消失，釋放ON鍵，紅十字絲變成閃爍狀態(tài)。

③保持紅十字絲閃爍狀態(tài)，瞄準(zhǔn)要測定的高度位置，長按ON鍵直到紅十字絲消失，則第一個高度值被鎖定并在顯示屏上顯示出來，重復(fù)該步驟可多次測量不同高度。

3.6 計算斷面積系數(shù)（BAF）最小計入胸徑值

Vertex Ⅳ內(nèi)置了公頃斷面積G測量功能，內(nèi)置的角規(guī)常數(shù)F值包含從0.5、1.0、2.0一直到9.0，共計10個F值。通過準(zhǔn)確測量樣木距離樣點中心的距離S，Vertex Ⅳ能提供允許計入繞測值Zi的樣木最小胸徑值D（min），如果該樣木胸徑D大于最小胸徑值D（min），則計入1;如果等于，則計入0.5;如果小于，則計入0。

公頃斷面積G=角規(guī)常數(shù)F·繞測計數(shù)和∑Zi

樣木最小胸徑值D（min）=S·√F/50，單位都是厘米（cm）.如角規(guī)常數(shù)為1，則距離樣圓中心點10m（S值）處的樣木最小計入胸徑為20cm，如果該樣木胸徑小于20cm則不計入;如果等于20cm則計入0.5;如果大于20cm則計入1。

通過分樹種，分徑階記錄繞測計數(shù)值Zi，可得到林分的公頃蓄積量，分樹種平均胸徑，平均樹高，樹種組成和各樹種株數(shù)等數(shù)據(jù)。

4 使用注意事項

為得到準(zhǔn)確樹高值，觀測者距離被測樹的距離應(yīng)與被測樹高大致相等，這個距離范圍內(nèi)觀測者可以獲得最優(yōu)視角，能夠同時方便的觀測到T.HEIGHT位置和樹梢。

Vertex Ⅳ測量高度時默認(rèn)被測量物體垂直于地面，假如一棵樹是斜著生長的，用該方法測定的高度為只能是垂直高度，比實際的樹高小。

進行測量前，應(yīng)給儀器足夠的時間適應(yīng)外界環(huán)境，最好在當(dāng)時測量的環(huán)境下進行一次校驗。

在測量樣木至樣點中心的距離時，應(yīng)準(zhǔn)確測量樣木中心（默認(rèn)為1.3m樹高處樹干中心）至樣點中心的距離。

5 結(jié)語

林業(yè)外業(yè)測量環(huán)境復(fù)雜多樣，部分地區(qū)坡度大，地形破碎，下木灌木層密集分布，使用傳統(tǒng)工具量測費時費力，需科學(xué)計算器的協(xié)助才能準(zhǔn)確測量水平距離，樹高量測只能依靠估計，準(zhǔn)確度不足，嚴(yán)重制約了林業(yè)各項工作的順利開展。后續(xù)引進的激光點測、紅外測量等方法經(jīng)實地測驗，只有在極為空曠的林分中才能正常使用，無法大面積推廣。

引入現(xiàn)代調(diào)查方法和儀器是現(xiàn)代林業(yè)的普遍要求[5]，Vertex Ⅳ和T3通過超聲波互動方式進行配合使用，具有重量輕、體積小、方便攜帶、精確可靠的優(yōu)點[6]，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)測量中的羅盤、花桿和測繩，能方便準(zhǔn)確地測量出樹高和水平距等常用參數(shù)，非常適合外業(yè)量測量具有一定的推廣意義。

參考文獻：

[1]劉達，殷建良，熊康軍.LIDAR在林業(yè)測量中的應(yīng)用和研究[J].測繪與空間地理信息，2008（1）：115～119.

[2]范百興，謝孟利，楊再華，等.工業(yè)測量全站儀坐標(biāo)測量精度檢定方法[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2015（3）：226～230.

[3]劉紹娟.森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查的關(guān)鍵技術(shù)、存在的問題及對策[J].林業(yè)建設(shè)，2017（4）：46～49.

[4]蔡菊.有關(guān)森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查相關(guān)技術(shù)問題的探討[J].中國科技投資，2016（13）.

[5]郭意明.森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查中“3S”技術(shù)的運用[J].林業(yè)勘查設(shè)計，2018（3）：55～57.

[6]潘曉榮.淺析超聲波測距系統(tǒng)[J].科技風(fēng)，2016（23）：74.

收稿日期：2019-11-04

基金項目：中德合作山西森林可持續(xù)經(jīng)營技術(shù)示范林場建設(shè)項目（編號：W-CHN19-01）

作者簡介：陳曉東[1988-），男，工程師，碩士，研究方向為森林培育。