基本信息
- 项目名称：
- 野外便携式树木自动定高测径仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 鉴于树木直径的准确测量对林业生产、科研具有重要意义。我们小组设计了一种基于电阻式角位移传感器的树木直径测量系统，可以方便地进行较大树干或有刺树干直径的测量。超声波测高模块使操作者可以快速、准确地找到最佳树干胸径测量点。我们研制的测径仪具有数字读数、自动数据存储、USB接口等功能，具有较高的实际应用价值。
- 详细介绍：
- 树木的直径是进行立木直径生长特征分析和树木材积调查的重要基础信息, 对其进行准确测量对林业生产和科研有重要意义。目前国内外在单株立木直径测量时,仍以围尺或轮尺等需要手动操作、人工读取记录测量数据的传统测量工具为主，费时费力，且不适用于较大树径或有刺树干的直径测量。 作品首次综合应用电阻式角位移传感技术、超声波测距技术、SD卡存储技术、嵌入式技术等现代电子技术，实现了树木直径测量的快速测量，具有操作自动化程度高、携带方便、性价比高等特点。 作品在技术、工艺方面有以下创新： 1、采用非线性标定算法，实现了大量程范围内高精度测量； 2、综合应用角位移传感器、超声波传感器、SD卡存储技术、USB接口等新技术，国内首次在树木直径测量中实现了自动定高、自动测量、自动数据记录等功能； 3、可伸缩拉杆、防水封装、结构设计等多项工艺创新，保证作品体积小，携带方便。 作品相关技术已在国际学术会议上交流，取得软件著作权1项，并已在学校、学院多项活动中试用，反映良好。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、设计目的 研制一种操作简单、携带方便、能自动记录数据、为计算机分析数据提供接口的高精度直径测量装置具有重要的现实意义和应用价值。 2、基本思路 首先，研究圆直径与夹角之间的几何关系，从理论上分析可行性；在此基础上研制传感器，在标准圆上测试；最后活立木上进行测试，并将测量结果与卷尺等其他方法测量的结果进行比对。 3、技术创新点 ⑴、采用非线性标定算法，实现大量程范围内高精度测量； ⑵、综合应用角位移传感器、超声波传感器、SD卡存储技术、USB接口等新技术，国内首次在树木直径测量中实现了自动定高、自动测量、自动数据记录等功能； ⑶、可伸缩拉杆、防水封装等多项工艺创新，保证作品体积小，携带方便。 4、关键技术 (1) 基于电阻式角位移传感器的树木直径传感器设计 (2) 非线性传感器输出信号处理技术 (3) 面向便携式仪表的树木高度测量技术 (4) 动态电源管理、中断事件触发等低功耗设计技术 (5) 可伸缩拉杆、防水封装、结构设计等制作工艺 5、主要技术指标 测径量程：0 ～ 600mm；测径分辨率：0.01 mm；测径精度：±0.5cm；测高装置：超声波式；测高量程：1.2m ～ 1.7m；测高精度：±3cm；电源：电池(3.7V)；重量：320g；电池寿命：约260小时；温度范围：0～50℃；湿度范围：20～80%RH；显示方式：LCD显示器；数据记录：自动完成；数据存储介质：SD卡；计算机接口：RS-232(USB转换)
科学性、先进性
- 本作品旨在综合应用新技术解决传统行业的实际问题，作品的实质性技术特点和显著进步在于： 1、本作品的测径过程类似于圆规尺测角度，与其他基于卷尺原理的作品相比，操作非常简单； 2、针对需要在制定高度处测量树木直径的应用场合，本作品还提供了超声波测高功能，只需简单上下移动测径仪，当到达制定高度时，能自动发出信号，无需另外测量设备； 3、由于采用了嵌入式技术，可以实现自动读数，自动存储测量数据，并为计算机分析数据提供通信接口。相比于传统的人工数据记录，出错率低、在野外调查时无需携带纸笔等繁杂工具，减轻了野外调查人员的劳动负荷，提高了工作效率。 4、采用了自动伸缩拉杆，合理安排内部结构，使得体积非常小(118×77×32mm，杆长：7.5cm)，携带方便；同时防水封装技术满足了野外作业的特殊需求。 5、作品仅需可伸缩拉杆、齿轮以及常见电子元器件，成本低，适合国内大范围推广应用。
获奖情况及鉴定结果
- ⒈获软件著作权一项(登记号：2010SR046720) ⒉参加“The 2nd Conference on Environmental Science and Information Application Technology”，并发表研究论文 ⒊“临安市新民村名木古树现状调查”中试用 ⒋“浙江农林大学植物园植物信息采集”中试用
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 作品实物、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、产品性能优势分析 本作品在国内首次综合应用电阻式角位移传感技术、超声波测距技术、SD卡存储技术、嵌入式技术等现代电子技术，实现了树木直径测量的快速测量，具有操作自动化程度高、携带方便、性价比高等特点。 2、目标市场分析 本作品主要用于活立木、原木等直径测量，也可用于其他植物的直径测量，目标市场为林业科研院所、林业局、木材贸易企业等。 3、需求程度分析 据统计，我国森林覆盖率达20.36%,森林资源进入快速发展期，今后的森林经营任务将日趋繁重。浙江省内的林木企业达到近两万所，林业管理部门88所，目前在单株立木直径测量时,仍以卷尺、围尺或轮尺等传统工具为主。随着我国国民经济建设步伐的加快，这种传统的测量方法已远远不能满足林业测量需求。国外测量树木直径的仪器价格普遍偏高，不符合我国国情。因此研制一种结构简单、操作方便的高精度直径测量装置具有很大的需求背景，市场前景看好。
同类课题研究水平概述
- 1、国外：新技术、新产品不断涌现，且不断向高高精度、可靠、高程度自动化方向发展，但价格昂贵，不利于国内推广应用。 目前国内市场上优秀高度仪产品以进口为主，主要有奥地利生产的Dial-Dendro树木生长测量尺、瑞典生产的Mantax Digitech数字测径仪等。其产品在测量精度、灵敏度、可靠性等方面具有国际领先的优势。但在推广过程中，高昂的价格一直是国内用户最棘手的问题。 2、国内：积极借鉴机械技术、光学测量技术、计算机视觉技术、嵌入式技术等先进技术，研究各种先进测径仪，但未见产品报道。 国内已有福建农林大学、东北林业大学、长春理工大学、中国林业科学研究院、中南林业科技大学等单位在树木测径仪这一领域开展研究工作，并发表学术论文： ① 景林，黄习培，丁盛彬等采用2台高分辨率工业级数码相机拍摄原木捆的2个断面图像，采用数字图像处理技术，计算出成捆原木的直径。 ② 东北林业大学开发研制了基于单片机、超声波测距、条形码技术的新型树木直径测量装置，利用条形码扫描器对带有长度信息的条码进行扫描，识别出树木周长的数值。 ③ 通过对原野服务器的研究，中国林业科学研 究院资源信息研究所利用原野服务器传回的图像，通过立体视觉技术重建远隔地树木的胸径，实现了不到现场便能测量直径的目的。 ④ 鄢前飞采用“两点测距，三点测高”的树基标尺法和前后标尺法，开发了“一种林木空间参数测量的方法及其装置”，研制成数字式测高测距仪，并获得发明专利一项，实用新型专利一项。 通过综合分析，以上研究存在以下问题： ⑴、工作原理、工作过程、测量所需劳动量和卷尺测量过程一致，仅采用光电技术替换人工读数工作，意义不大； ⑵、技术复杂，成本过高，没有实用价值； ⑶、至今未见相关产品报道。 3、综观国内外产品及相关研究，研制性价比高、测量结果准确、携带方便、操作自动化程度高、能实现树木直径快速检测的树木测径仪是其发展趋势。本作品正事立足研究前沿、结合测树行业的需要而设计的。
