СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМОВ СТВОЛОВ РАСТУЩИХ ДЕРЕВЬЕВ Российский патент 1995 года по МПК A01G23/00 

Изобретение относится к лесной таксации и может быть использовано при определении объемов стволов растущих деревьев.

Известен способ определения объемов стволов деревьев по сложной формуле срединного сечения, включающий расчленение ствола на секции и суммирование их объемов.

Недостатком способа является сложность и невозможность применения при определении объемов стволов растущих деревьев.

Наиболее близким к изобретению является способ определения объемов стволов растущих деревьев посредством использования видовых чисел (старого, нормального, истинного), включающий измерение диаметра и высоты ствола с последующим вычислением объема по формуле:
V=g ˙h˙f (1), где V объем ствола;
g площадь поперечного сечения ствола;
h высота дерева;
f видовое число ствола.

Для широко используемого при вычислении старого видового числа, площадь сечения ствола берется на высоте груди.

Известно также, что видовое число, выражающее полнодревесность ствола, эмпирически связано с относительными диаметрами ствола (коэффициентами формы, классами формы, числами сбега), определяющими положение формообразующей кривой. Эта связь может быть выражена формулой:
f= k˙g (2), где k коэффициент пропорциональности видового числа с относительным диаметром;
g относительный диаметр.

По величине относительного диаметра можно находить видовое число, совершенствуя таким путем способ определения объемов стволов деревьев (Анучин Н.П. М. Лесная таксация, 1982, с. 145-150).

Однако коэффициенты формы, классы формы и числа сбега, принятые в качестве показателей формы ствола, включают диаметры ствола на таких высотах, которые лишь случайно могут совпасть с высотой расположения характерных точек, определяющих строгое положение формообразующей кривой (точек касания, перегиба, максимума или минимума). По этой причине коэффициенты формы, классы формы и числа сбега не обеспечивают строгой характеристики формы ствола, не дают достаточно полного соответствия формы и полнодревесности стволов, которое определяет точность установления объемов стволов растущих деревьев.

Цель изобретения повышение точности определения объемов стволов растущих деревьев и его упрощение.

Это достигается тем, что в способе, включающем измерение диаметра и высоты и использование видового числа, согласно изобретению сначала определяют точку касания прямой, проведенной из вершины ствола дерева к формообразующей кривой, затем измеряют диаметр на высоте этой точки и высоту ствола до нее, а объем определяют по формуле:
V=f_н ˙h_k ˙d_k², (3) где f_н новое видовое число, определяемое по модельным деревьям в таксируемой категории древостоев;
h_k высота дерева до точки касания;
d_k диаметр ствола на высоте точки касания.

Получение нового видового числа поясняется схемой, приведенной на фиг. 1, где высота точки касания h_k является ординатой характерной точки К. Отношение высоты точки касания к высоте ствола h составляет относительную высоту точки касания h_o:
h_o=
Значение относительной высоты точки касания также является ординатой характерной точки, зависит от уравнения формообразующей кривой и является показателем формы ствола дерева (Шавнин А.Г. Лесное хозяйство, N 4, 1986, с. 53).

Применительно к формуле (2), включающей зависимость видового числа от коэффициента пропорциональности и показателя формы ствола, берется соотношение
f=k˙h_o (4)
Это соотношение подставляется в формулу (I), которая, таким образом принимает следующий вид:
v ·h·k· 0,785K·h_к·d2к

Новое видовое число представляет собой отношение объема ствола к объему четырехгранной призмы, основание которой составляет квадрат диаметра ствола на высоте точки касания, а высота равна расстоянию этой точки от высоты шейки пня.

На фиг. 2 изображено устройство для измерения высоты точки касания и диаметра на высоте этой точки, общий вид; на фиг. 3 момент фиксации 1/5 высоты ствола; на фиг. 4 визирование на точку, соответствующую положению нижнего фиксатора устройства, и фиксатора, соответствующего положению высоты точки касания; на фиг. 5 момент фиксации формообразующей кривой и точки касания к ней, определение относительных значений высоты и диаметра в точке касания.

Способ осуществляют следующим образом.

Сначала устанавливают новое видовое число. Для этого в таксируемых категориях древостоев, однородных по породе, бонитету или типу леса, берутся модельные деревья (как правило 3-5 штук). Объем ствола при этом находится по сложной формуле срединного сечения:
V= (γ₁+ γ₂+.+ γ_n) l + V_b (6), где γ₁, γ₂, γ_n площади сечений ствола на средине секций;
l длина секций;
V_b объем вершинки (Н.П. Анучин. М. Лесная таксация, 1982, с. 88).

Высота точки касания h_k и диаметр ствола на высоте этой точки d_k устанавливаются графически. Уравнение (3) решается в отношении нового видового числа:
f_н=
(7)
Затем, определив по модельным деревьям новое видовое число для данной таксируемой категории древостоя, измеряют известным способом высоту точки касания прямой, проведенной из вершины ствола к формообразующей кривой, и диаметр ствола в этой точке, а по формуле (3) определяют объем ствола.

Значения высоты точки касания и диаметра ствола в этой точке, определяющие форму ствола дерева, могут быть измерены с помощью предлагаемого устройства.

Устройство состоит из панели произвольных размеров, изготовленной из легкого материала. По соображениям портативности размеры панели приняты 10х12 см.

На панели имеется выступ 1 для визирования на вершину дерева, выступ 2 для установления 1/5 высоты ствола, в пределах которой находится высота точки касания и вырез 3, фиксирующий начало шкалы диаметров. На выступе 2 имеется отверстие для мерного шнура 4, посредством которого определяется абсолютная высота фиксированной точки. Выступ 2 применяется также в качестве ручки.

В продольном направлении панели расположены вырезы 5, в каждом из которых установлена линейка 6 с фиксатором 7 и ручкой на конце 8. Посредством ручек фиксаторы могут передвигаться вдоль вырезов 5.

На панели имеются шкалы 9 относительных значений высоты точки касания и относительных значений диаметров ствола в точке касания 10. Число делений этих шкал h и расстояние между делениями одинаково.

Под углом к шкале диаметров ствола расположены наклонные линии 11, определяющие положение касательных прямых, проведенных из вершины ствола дерева.

Высота точки касания и диаметр ствола в этой точке устанавливаются следующим образом:
с произвольного расстояния до дерева при горизонтальном положении устройства фиксируют визуально 1/5 высоты ствола, в пределах которой находится высота точки касания (фиг. 3);
приблизившись к дереву на 5-6 м, не меняя положения устройства, визируют края панели на отрезок ствола, составляющий 1/5 часть его высоты (фиг. 4);
совмещают начало шкалы диаметров 10 и фиксаторы 7 с образующей ствола и по положению фиксатора, ближе других расположенного к ближайшей наклонной линии, устанавливают высоту точки касания в относительных единицах (фиг. 5). Одновременно с помощью шкалы 10 будет зафиксировано число относительных единиц диаметра в точке касания;
не меняя положения устройства, фиксируют визуально высоту ствола, соответствующую положению нижнего фиксатора (фиг. 4). Подходят к дереву и определяют эту высоту l прямым измерением.

Абсолютное значение l, увеличенное во столько раз, сколько делений n на шкале высот и шкале диаметров, составит соответственно значения высоты точки касания и диаметра ствола в этой точке. При значительной величине l и необходимости увеличить масштаб измерения диаметра расстояние до дерева уменьшается в обратной пропорциональности этому увеличению.

Для доказательства достижения цели были заложены две пробные площади, на которых проделана следующая работа:
по каждой пробе равномерно по толщине взято по 12 модельных деревьев;
для каждой пробной площади из числа модельных деревьев выбрано три средних модельных дерева, по которым найдена средняя величина старого f_ст и нового f_н видовых чисел: f_ст 0,420; 0,510; fн 6,14; 6,17
По каждой пробе у всех модельных деревьев определены объемы стволов тремя способами: по сложной формуле срединного сечения (по секциям); с помощью старого видового числа; предлагаемым способом.

Первый способ принят за истинный, 2-й и 3-й сравнивались с I-м. Размеры полученных систематических m и случайных ошибок приводятся в таблице:
Данные таблицы свидетельствуют о более высокой точности определения объемов стволов деревьев с помощью новых видовых чисел по сравнению с прототипом, для которого случайная ошибка оказалась в 1,5-2,0 раза больше. Эти различия объясняются тем, что при использовании новых видовых чисел показатели d_k и h_к находятся в нижней части ствола и поддаются непосредственному прямому измерению, в то время как при использовании старых видовых чисел определяются высоты стволов посредством косвенных измерений, имеющих меньшую точность. Исключение из измерений высоты ствола упрощает определение его объема.

Использование: лесное хозяйство, в частности таксация леса. Сущность изобретения: по модельным деревьям вычисляют "новое видовое число", а кроме этого графически высоту точки касания прямой, проведенной из вершины к основанию по касательной к формообразующей кривой, и диаметр дерева в этой точке. По формуле, содержащей произведение названных показателей и диаметра, возведенного в квадрат, находят объем ствола растущего дерева. 5 ил. 1 табл.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМОВ СТВОЛОВ РАСТУЩИХ ДЕРЕВЬЕВ, включающий отбор модельных деревьев, измерение их высоты и диаметра и использование видового числа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения и уменьшения трудозатрат, сначала по модельным деревьям в таксируемом древостое определяют значение нового видого числа, затем измеряют высоту ствола до точки касания прямой, проведенной из вершины ствола дерева к формообразующей кривой, и диаметр ствола в этой точке, а объем V ствола вычисляют по формуле
V=f_н·h_к·d2к