СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УЧЕТНЫХ ДЕРЕВЬЕВ ВОКРУГ ЛЕСНОЙ ПОЛЯНЫ Российский патент 2012 года по МПК A01G23/00 

Изобретение относится к геометрическому измерению лесных полян, прогалин и отдельных деревьев вокруг них для инженерно-экологических исследований лесных территорий, а также в лесном хозяйстве в ходе лесоустройства при выполнении таксационных обследований лесных земельных участков с полянами по древесной массе. Техническое решение может быть использовано также при геометрических измерениях пустых от растущих деревьев мест в лесном массиве в виде квартальных и иных (линий электропередачи, трубопроводов для перекачки нефти или газа, линий связи) просек, лесных дорог, вырубок и делянок, гарей и буреломов, пустошей и мест вокруг пожарных вышек и др.

Известен способ измерения сооружений или их частей (например, см. книгу Инженерная геодезия / Учебник для вузов. - Л.: Недра, 1984. - С.269, внизу абзац), включающий в себя действия тригонометрического нивелирования. На некотором расстоянии от объекта, высоту которого необходимо определить, выбирают базовую точку. Над выбранной точкой устанавливают теодолит в рабочее положение (центрируют прибор по нитяному отвесу, устанавливают вертикальную ось прибора в отвесное положение по выверенному уровню при горизонтальном круге).

Недостатком этого способа является трудность измерения характерных точек учетного дерева на различной высоте и ширине (по горизонталям), так как эти точки в общем случае расположены произвольно в плоскости изображения в зрительной трубе теодолита.

Нами выдвигается новый подход - принять растущее дерево за инженерное сооружение, да притом высокой адаптивной способности, позволяющее растению быстро менять себя (конструкцию, физиологию, качество и др.) в ходе жизнедеятельности.

Тогда в инженерной экологии встает техническая проблема решения обратных задач: по измеренным с высокой точностью параметров ствола и других частей дерева на различных высотах (например, по учетному дереву появляется до 15-20 и более характерных точек) проводить сопоставление с показателями загрязнения воздуха, воды, почвы. Таблицы данных измерений через некоторые промежутки времени дают великолепную динамичную картину, то есть позволяют выявить количественные закономерности экологического мониторинга.

Кроме того, выдвигается концепция о том, что лесная поляна или прогалина является естественным контуром, вокруг которого расположены растущие деревья по краям поляны. Опушка леса становится недоразвитой поляной. Тогда появляется практическая возможность геодезических измерений без препятствий визирному лучу теодолита. Эта концепция расширяется: на любые искусственно созданные в лесу контуры можно принять за условные поляны в виде многосторонних многоугольников и тем самым измерять аналогичным способом растущие по ее сторонам деревья. Такой подход дает великолепный способ для контроля качества рубок деревьев на делянках.

Одновременно появляется возможность фрактального измерения конкретного древостоя или лесного массива, если по результатам геодезических измерений вычислять периметры и площади контуров лесных полян и различных искусственных пустошей.

Известен также способ измерения учетного дерева по патенту РФ №2224418, включающий выбор базовой точки, установку теодолита в рабочее положение над базовой точкой, измерение расстояния до учетного дерева, наведение зрительной трубы теодолита в нуль-пункт относительно учетного дерева, выбор наблюдаемой характерной точки на учетном дереве, точное наведение вертикальной нити зрительной трубы от нуль-пункта до наблюдаемой характерной точки, точное наведение средней нити зрительной трубы теодолита на наблюдаемую характерную точку учетного дерева, отсчет по шкалам горизонтального и вертикального кругов, вычисление угла поворота и угла наклона наблюдаемой характерной точки учетного дерева от нуль-пункта, вычисление ширины и высоты до наблюдаемой характерной точки учетного дерева от нуль-пункта, причем геодезическую привязку нуль-пункта теодолита выполняют относительно середины диаметра корневой шейки учетного дерева, а координаты всех наблюдаемых характерных точек учетного дерева измеряются теодолитом относительно нуль-пункта по координатной сетке с началом, расположенным в середине диаметра корневой шейки ствола учетного дерева.

Недостатком является то, что прототип позволяет измерять каждое лесное дерево в отдельности и поэтому не позволяет рассматривать множество растущих вокруг лесной поляны (или иной пустоши в лесу) деревьев. Поэтому пустое от деревьев место, вокруг которого расположены растущие деревья, не рассматривается как цельный объект геодезических измерений. Это не дает возможности оценивать лесную поляну как элементарную ячейку нелесных земель и как биоэнергетическую субстанцию с отрицательной для роста и развития лесных деревьев энергетикой территории в данной точке Земли. Кроме того, пустоши, оставляемые человеком, следует рассматривать как экологический ущерб вследствие того, что в таких местах вполне могли бы расти лесные деревья. Таким образом, лесные поляны, прогалины и опушки вполне могли бы использоваться для строительства лесных сооружений, зданий и других объектов для лесных работников. Так, и издревле люди поступали, например устанавливая пчельники или охотничьи домики на полянах, прогалинах и опушках леса.

Технический результат - расширение функциональных возможностей геодезических и геометрических измерений лесных полян, прогалин, опушек, а также искусственно созданных человеком пустошей в виде вырубок, делянок для рубки деревьев, лесных дорог, просек различного назначения и пр.

Этот технический результат достигается тем, что способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны, включающий выбор базовой точки, установку теодолита в рабочее положение над базовой точкой, измерение расстояния до учетного дерева, наведение зрительной трубы теодолита в нуль-пункт относительно учетного дерева, выбор наблюдаемой характерной точки на учетном дереве, точное наведение вертикальной нити зрительной трубы от нуль-пункта до наблюдаемой характерной точки, точное наведение средней нити зрительной трубы теодолита на наблюдаемую характерную точку учетного дерева, отсчет по шкалам горизонтального и вертикального кругов, вычисление угла поворота и угла наклона наблюдаемой характерной точки учетного дерева от нуль-пункта, вычисление ширины и высоты до наблюдаемой характерной точки учетного дерева от нуль-пункта, причем геодезическую привязку нуль-пункта теодолита выполняют относительно середины диаметра корневой шейки учетного дерева, а координаты всех наблюдаемых характерных точек учетного дерева измеряются теодолитом относительно нуль-пункта по координатной сетке с началом, расположенным в середине диаметра корневой шейки ствола учетного дерева, отличающийся тем, что базовую точку выбирают примерно в середине лесной поляны, положение этой точки на местности закрепляется колышком, над базовой точкой устанавливается теодолит, определяется направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита, причем северное направление магнитного меридиана также закрепляется колышком, измеряют расстояние в виде радиуса от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева, далее для получения цифровой модели каждого учетного дерева в плоскости, перпендикулярной линии визирования зрительной трубы на измеряемое учетное дерево, выполняется этап измерительных действий и затем этап вычислений параметров каждого учетного дерева, а после проведения вычислений статистическим моделированием выявляются биотехнические закономерности влияния радиуса и азимута расположения всех измеренных деревьев разной породы на параметры этих учетных деревьев.

Базовую точку выбирают примерно в середине лесной поляны, а также лесной прогалины или опушки, кроме того, пустоши в виде части просеки или лесной дороги, вырубки и делянки и других мест с вырубленными лесными деревьями.

Над базовой точкой в виде колышка устанавливается теодолит и приводится в рабочее положение при помощи уровня при алидаде горизонтального круга и трех подъемных винтов теодолита, на лесной поляне определяется направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита; для этого используется буссоль, для измерения магнитного азимута учетного дерева лимб горизонтального круга теодолита ориентируется на колышек, закрепляющий северное направления магнитного меридиана, то есть когда зрительная труба теодолита направлена на этот колышек, при этом отсчет по горизонтальному кругу теодолита устанавливается на 0°00', используя закрепительный и микрометрический винты лимба, причем эти действия составляют подготовительный этап для выполнения измерений учетных деревьев, расположенных по контуру лесной поляны.

Расстояние в виде переменного для каждого учетного дерева радиуса измеряют от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева с помощью мерной ленты, рулетки, оптического дальномера теодолита или лазерного дальномера.

Для реализации этапа измерительных действий центр сетки нитей зрительной трубы теодолита наводится на нулевую точку корневой шейки учетного дерева, которой является середина диаметра корневой шейки, затем берутся отсчеты по вертикальному и горизонтальному кругам теодолита относительно корневой шейки, при этом вначале зрительную трубу наводят на крайнюю левую точку ствола дерева на уровне корневой шейки и выполняют отсчет по горизонтальному кругу теодолита, далее, открепив закрепительный винт алидады, визируют зрительную трубу на крайнюю правую точку ствола на корневой шейке, диаметрально расположенную левой, и также берут отсчет по горизонтальному кругу теодолита, после этого выбирают следующую характерную точку для наблюдений, например, расположенную на высоте 1,3 метра от корневой шейки дерева, причем на всех характерных точках ствола и кроны учетного дерева процесс измерения аналогичен вышеприведенному порядку действий, на этапе измерительных действий получают также отсчеты на характерные точки по вертикальном кругу теодолита.

На этапе вычислений параметров каждого учетного дерева применяют нижеследующие формулы, причем магнитный азимут местоположения учетного дерева на местности совпадает с отсчетом по горизонтальному кругу теодолита нулевой точки корневой шейки дерева из-за того, что горизонтальный круг теодолита ориентирован по магнитному меридиану.

Диаметр ствола учетного дерева на любой высоте, начиная от корневой шейки, а также диаметр кроны на различных ее местах, в том числе и по максимальному поперечному размеру кроны, вычисляется по следующим формулам:

D_i=200R_itg(α_i/2), α_i=ГК_ni-ГК_лi,

где D - диаметры сечений ствола или кроны учетного дерева, см;

i - номер учетного дерева различной породы по контуру лесной поляны, начиная от северного геодезического направления;

R - радиус от базовой точки отсчета до ствола учетного дерева, м;

α - угол, измеренный по горизонтальному кругу теодолита, град;

ГК - горизонтальный круг (вправо или влево).

2. Высота любой характерной точки на стволе учетного дерева вычисляется по следующим формулам:

H_i=R_i(tgβ_i-tgβ_кшi), β_i=BK_i-МО, β_кшi=BK_кшi-МО,

где Н - высота от корневой шейки до любой характерной точки на стволе или кроне учетного дерева, м;

β - угол, измеренный по вертикальному кругу теодолита, град;

МО - место нуля вертикального круга теодолита.

Сущность технического решения заключается в том, что на лесной пустоши любой формы появляется практическая возможность визирования Теодолитом примерно от середины этой территории.

Сущность технического решения заключается также в том, что за пустошь принимают не только лесную поляну, прогалину или опушку леса, но и любые антропогенные пустоши в виде просек леса (квартальные, линий электропередачи и связи, нефте- и газопроводов) и лесных дорог, а также водных объектов в виде речек, озер и прудов, а также пустоши от иррационального лесопользования в виде гарей, селей, оползней, буреломов и пр. Кроме того, за нерациональные объекты лесопользования принимаются делянки и бывшие вырубки от лесозаготовительных работ по извлечению из леса древесины в виде кругляка.

Положительный эффект достигается тем, что с одной базовой точки отсчета можно измерить все учетные деревья (на лесной поляне) или же только часть учетных деревьев после проведения лесосечных работ для контроля качества оставляемой стены леса. Однако главный положительный эффект заключается в том, что появляется биотехническая возможность изучения свойств роста и развития лесных деревьев по контурам пустошей различной формы. Это открывает новые научные возможности в фундаментальных и прикладных исследованиях лесной экосистемы. Геодезические измерения на порядок повышают точность измерений и на порядок увеличивают производительность экологического или технологического мониторинга, так как все измерения теодолитом быстро проводятся с одной базовой станции на пустошь площадью в десятки гектаров (до 15 га при визировании 200 м).

Новизна технического решения заключается в том, что впервые лесные поляны и ее подобные по форме пустоши природные, природно-техногенные и природно-антропогенные объекты принимаются за уникальные предметы геодезических измерений.

Предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и значительным положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну технического решения, нами не обнаружено.

На фиг.1 приведен пример лесной поляны с 19 учетными деревьями разных пород, расположенными по контуру; на фиг.2 показана схема измерения учетного дерева по вертикальному кругу теодолита; на фиг.3 - схема визирования кроны учетного дерева по горизонтальному кругу теодолита; на фиг.4 показан пример пространственного графика влияния радиуса и азимута расположения 19 учетных деревьев на изменение диаметра ствола около начала кроны.

Способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны включает следующие действия.

Относительно учетных деревьев 1-19 базовую точку 20 выбирают примерно в середине лесной поляны, положение этой точки на местности закрепляется колышком, над базовой точкой устанавливается теодолит. Затем определяется направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита, причем северное направление магнитного меридиана также закрепляется колышком. Измеряют расстояние в виде радиуса от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева, далее для получения цифровой модели каждого учетного дерева в плоскости, перпендикулярной линии визирования зрительной трубы на измеряемое учетное дерево. После этого выполняется этап измерительных действий и затем этап вычислений параметров каждого учетного дерева, а после проведения вычислений статистическим моделированием выявляются биотехнические закономерности влияния радиуса и азимута расположения всех измеренных деревьев разной породы на параметры этих учетных деревьев.

Базовую точку выбирают примерно в середине лесной поляны, а также лесной прогалины или опушки, кроме того, пустоши в виде части просеки или лесной дороги, вырубки и делянки и других мест с вырубленными лесными деревьями.

Над базовой точкой в виде колышка устанавливается теодолит и приводится в рабочее положение при помощи уровня при алидаде горизонтального круга и трех подъемных винтов теодолита, на лесной поляне определяется направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита; для этого используется буссоль. Для измерения магнитного азимута учетного дерева лимб горизонтального круга теодолита ориентируется на колышек, закрепляющий северное направления магнитного меридиана, то есть когда зрительная труба теодолита направлена на этот колышек, при этом отсчет по горизонтальному кругу теодолита устанавливается на 0°00', используя закрепительный и микрометрический винты лимба, причем эти действия составляют подготовительный этап для выполнения измерений учетных деревьев, расположенных по контуру лесной поляны.

Расстояние в виде переменного для каждого учетного дерева радиуса измеряют от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева с помощью мерной ленты, рулетки, оптического дальномера теодолита или лазерного дальномера.

Для реализации этапа измерительных действий центр сетки нитей зрительной трубы теодолита наводится на нулевую точку корневой шейки учетного дерева, которой является середина диаметра корневой шейки, затем берутся отсчеты по вертикальному и горизонтальному кругам теодолита относительно корневой шейки, при этом вначале зрительную трубу наводят на крайнюю левую точку ствола дерева на уровне корневой шейки и выполняют отсчет по горизонтальному кругу теодолита. Далее, открепив закрепительный винт алидады, визируют зрительную трубу на крайнюю правую точку ствола на корневой шейке, диаметрально расположенную левой, и также берут отсчет по горизонтальному кругу теодолита. После этого выбирают следующую характерную точку для наблюдений, например, расположенную на высоте 1,3 метра от корневой шейки дерева, причем на всех характерных точках ствола и кроны учетного дерева процесс измерения аналогичен вышеприведенному порядку действий, на этапе измерительных действий получают также отсчеты на характерные точки по вертикальному кругу теодолита.

На этапе вычислений параметров каждого учетного дерева применяют нижеследующие формулы, причем магнитный азимут местоположения учетного дерева на местности совпадает с отсчетом по горизонтальному кругу теодолита нулевой точки корневой шейки дерева из-за того, что горизонтальный круг теодолита ориентирован по магнитному меридиану.

Диаметр ствола у учетного дерева на любой высоте, начиная от корневой шейки, а также диаметр кроны на различных ее местах, в том числе и по максимальному поперечному размеру кроны, вычисляется по следующим формулам:

D_i=200R_itg(α_i/2), α_i=ГК_ni-ГК_лi,

где D - диаметры сечений ствола или кроны учетного дерева, см;

i - номер учетного дерева различной породы по контуру лесной поляны, начиная от северного геодезического направления;

R - радиус от базовой точки отсчета до ствола учетного дерева, м;

α - угол, измеренный по горизонтальному кругу теодолита, град;

ГК - горизонтальный круг (вправо или влево).

Высота любой характерной точки на стволе учетного дерева вычисляется по следующим формулам:

H_i=R_i(tgβ_i-tgβ_кшi), β_i=BK_i-MO, β_кшi=BK_кшi-MO,

где H - высота от корневой шейки до любой характерной точки на стволе или кроне учетного дерева, м;

β - угол, измеренный по вертикальному кругу теодолита, град;

МО - место нуля вертикального круга теодолита.

Способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны реализуется, например, следующим образом.

В лесу вначале осматривают поляны, прогалины, опушки и выбирают другие пустоши, например, в виде пустых мест, образованных деятельностью человека (вырубки, гари, делянки, просеки, дороги и пр.). Естественной формой этой пустоши является лесная поляна, например, окруженная учетными деревьями 1-19.

Базовую точку 20 выбирают примерно в середине лесной поляны, положение этой точки на местности закрепляется колышком, над базовой точкой устанавливается теодолит. Затем определяется направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита, причем северное направление магнитного меридиана также закрепляется колышком. Измеряют расстояние в виде радиуса от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева, далее для получения цифровой модели каждого учетного дерева в плоскости, перпендикулярной линии визирования зрительной трубы на измеряемое учетное дерево. После этого выполняется этап измерительных действий и затем этап вычислений параметров каждого учетного дерева, а после проведения вычислений статистическим моделированием выявляются биотехнические закономерности влияния радиуса и азимута расположения всех измеренных деревьев разной породы на параметры этих учетных деревьев.

Базовую точку выбирают примерно в середине лесной поляны, а также лесной прогалины или опушки, кроме того, пустоши в виде части просеки или лесной дороги, вырубки и делянки и других мест с вырубленными лесными деревьями.

Над базовой точкой в виде колышка устанавливается теодолит и приводится в рабочее положение при помощи уровня при алидаде горизонтального круга и трех подъемных винтов теодолита, на лесной поляне определяется направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита; для этого используется буссоль. Для измерения магнитного азимута учетного дерева лимб горизонтального круга теодолита ориентируется на колышек, закрепляющий северное направления магнитного меридиана, то есть когда зрительная труба теодолита направлена на этот колышек, при этом отсчет по горизонтальному кругу теодолита устанавливается на 0°00', используя закрепительный и микрометрический винты лимба, причем эти действия составляют подготовительный этап для выполнения измерений учетных деревьев, расположенных по контуру лесной поляны.

Расстояние в виде переменного для каждого учетного дерева радиуса измеряют от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева с помощью мерной ленты, рулетки, оптического дальномера теодолита или лазерного дальномера.

Для реализации этапа измерительных действий центр сетки нитей зрительной трубы теодолита наводится на нулевую точку корневой шейки учетного дерева, которой является середина диаметра корневой шейки, затем берутся отсчеты по вертикальному и горизонтальному кругам теодолита относительно корневой шейки, при этом вначале зрительную трубу наводят на крайнюю левую точку ствола дерева на уровне корневой шейки и выполняют отсчет по горизонтальному кругу теодолита. Далее, открепив закрепительный винт алидады, визируют зрительную трубу на крайнюю правую точку ствола на корневой шейке, диаметрально расположенную левой, и также берут отсчет по горизонтальному кругу теодолита. После этого выбирают следующую характерную точку для наблюдений, например, расположенную на высоте 1,3 метра от корневой шейки дерева, причем на всех характерных точках ствола и кроны учетного дерева процесс измерения аналогичен вышеприведенному порядку действий, на этапе измерительных действий получают также отсчеты на характерные точки по вертикальном кругу теодолита.

На этапе вычислений параметров каждого учетного дерева применяют нижеследующие формулы, причем магнитный азимут местоположения учетного дерева на местности совпадает с отсчетом по горизонтальному кругу теодолита нулевой точки корневой шейки дерева из-за того, что горизонтальный круг теодолита ориентирован по магнитному меридиану.

Диаметр ствола вычисляется по следующим формулам:

D_i=200R_itg(α_i/₂), α_i=ГК_ni-ГК_лi,

где D - диаметры сечений ствола или кроны учетного дерева, см;

i - номер учетного дерева различной породы по контуру лесной поляны, начиная от северного геодезического направления;

R - радиус от базовой точки отсчета до ствола учетного дерева, м;

α - угол, измеренный по горизонтальному кругу теодолита, град;

ГК - горизонтальный круг (вправо или влево).

Высота любой характерной точки на стволе учетного дерева вычисляется по следующим формулам:

H_i=R_i(tgβ_i-tgβ_кшi), β_i=BK_i-МО, β_кшi=BK_кшi-МО,

где Н - высота от корневой шейки до любой характерной точки на стволе или кроне учетного дерева, м;

β - угол, измеренный по вертикальному кругу теодолита, град;

МО - место нуля вертикального круга теодолита.

Пример. Нами предлагается принципиально новый метод быстрой и комплексной оценки качества лесной территории по геодезическим измерениям учетных деревьев, расположенных по контуру у множества пустых мест. Наиболее естественным пустым местом является лесная поляна.

Опыты были проведены в октябре 2009 года на территории городского парка «Сосновая роща» города Йошкар-Ола.

На схеме (фиг.1) примерно в масштабе 1:500 показано расположение 19 учетных деревьев, первичные данные по измерениям у которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты геодезических измерений деревьев вокруг лесной поляны, °, ' № Порода Радиус R, м Диаметр ствола на разных высотах Диаметр кроны Высота дерева Азимут       Корневая шейка Высота 1,3 м Начало кроны             ВК ГК_Л ГК_П ВК ГК_Л ГК_П ВК         ГК_Л ГК_П     ГК_Л ГК_П     ГК   1 Сосна 35,5 -0 10 9 57 10 38 12 35 6 13 14 43 20 57 10 17       9 55 10 39     1031 10 55     10 49 2 Сосна 47,6 -0 28 18 03 18 55 18 31,5 14 52 26 16 34 32 18 32,5       18 01 19 04     19 04 19 41     22 05 3 Сосна 43,4 -1 09 27 36 28 27 22 06 24 25 33 59 34 48 28 09       27 42 28 36     28 16 28 21     29 36 4 Сосна 41,0 -1 49 67 14 68 16 И 08 62 21 78 11 34 38 67 42,5       67 05 68 20     67 27 68 16     68 07 5 Дуб 24,5 -2 58 95 56 97 52 3 28 79 51 111 32 35 27 97 01       96 00 98 02     95 35 97 34     96 34 6 Сосна 29,6 -2 51 104 00 105 12 14 53 85 05 112 35 43 40 104 31       103 47 105 15     104 42 105 38     103 16 7 Сосна 27,3 -3 20 108 31 110 08 14 44 105 18 121 31 45 35 109 3,5       108 10 109 57     109 52 111 12     110 52 8 Сосна 30,0 -3 15 132 57 133 56 19 54 126 10 141 49 43 48 132 56       132 15 133 57     133 09 133 53     130 40 9 Сосна 28,1 -3 31 170 29 17149 21 03 160 21 172 32 46 10 171 19,5       170 27 172 12     169 40 170 29     164 03 10 Сосна 40,0 -2 59 209 23 210 25 16 56 201 31 211 10 38 54 210 05       209 30 21031     207 30 208 08     205 10     11 Сосна 43,4 -2 45 210 25 211 16 9 34 205 00 21231 33 25 210 56       210 27 211 25     210 12 210 54     208 30     12 Сосна 43,5 -2 48 213 10 213 58 8 53 210 50 216 52 34 51 213 39       213 15 214 03     213 11 213 43     214 16 13 Сосна 46,0 -2 10 214 45 215 26 15 22 210 58 216 15 28 42 215 09       214 44 215 34     213 58 214 56     213 24 14 Сосна 44,0 -2 02 218 42 219 20 13 22 215 52 221 51 33 15 219 08       218 44 219 33     218 23 218 41     218 29     15 Береза 30,0 -3 58 234 43 235 12 3 39 229 07 243 09 30 45 234 58       234 42 235 14     235 06 235 29     237 06     16 Сосна 34,5 -2 37 246 28 246 53 2 07 247 23 250 42 21 06 246 37,5       246 22 246 53     246 35 246 56     247 11     17 Сосна 27,8 -2 24 272 12 272 59 3 20 266 47 279 42 21 20 272 21,5       272 04 272 33     272 16 272 59     272 25     18 Сосна 31,3 -0 34 308 31 310 13 30 45 303 08 317 25 38 40 309 19       308 29 310 13     308 59 309 50     309 45     19 Сосна 28,0 -1 20 355 52 357 12. 20 59 351 42 13 07 38 56 356 14       355 22 357 06     357 55 358 55     358 30    

Первичные данные из таблицы 1 были преобразованы в угловые параметры (табл.2).

Таблица 2 Угловые параметры деревьев вокруг лесной поляны, °, ' № Порода Радиус R, м Диаметр ствола на разных высотах ГК_п-ГК_л Диаметр кроны ГК_П-ГК_Л Высота ВК по вертикальному кругу Наклон ГК_В-(ГК_л++ГК_п)/2 Азимут Корневая шейка Высота 1,3 м Начало кроны Корневая шейка Начало кроны Вершина дерева 1 Сосна 35,5 0 44 0 41 0 24 8 30 -0 10 12 35 20 57 0 32 10 17 2 Сосна 47,6 1 03 0 52 0 37 11 24 -0 28 18 31,5 34 32 3 32,5 183 2,5 3 Сосна 43,4 0 54 051 0 05 9 34 -1 09 22 06 34 48 0 25 28 09 4 Сосна 41,0 1 15 1 02 0 49 15 50 -1 49 11 08 34 38 0 29,5 67 4 2,5 5 Дуб 24,5 2 02 1 56 1 59 21 41 -2 58 3 28 35 27 -0 27 97 01 6 Сосна 29,6 1 28 1 12 0 56 27 30. -2 51 14 53 43 40 0 15 104 31 7 Сосна 27,3 1 47 1 37 1 20 16 13 -3 20 14 44 45 35 -1 48,5 109 3,5 8 Сосна 30,0 1 42 0 59 0 44 15 39 -3 15 19 54 43 48 -2 26 132 56 9 Сосна 28,1 1 45 1 20 0 49 12 11 -3 31 21 03 46 10 -7 16,5 171 19,5 10 Сосна 40,0 1 01 1 02 0 38 9 39 -2 59 16 56 38 54 4 09,5 210 05 11 Сосна 43,4 0 58 051 0 42 731 -2 45 9 34 33 25 -2 56 210 56 12 Сосна 43,5 0 48 0 48 0 32 6 02 -2 48 8 53 34 51 0 37 213 39 13 Сосна 46,0 0 52 0 41 0 58 5 17 -2 10 15 22 28 42 -1 45 215 09 14 Сосна 44,0 0 49 0 38 0 18 5 59 -2 02 13 22 33 15 -0 39,5 219 08 15 Береза 30,0 0 32 0 29 0 23 14 02 -3 58 3 39 30 45 2 08 234 58 16 Сосна 34,5 031 0 25 0 21 3 19 -2 37 2 07 21 06 0 33,5 246 37,5 17 Сосна 27,8 0 29 0 47 0 43 12 55 -2 24 3 20 21 20 0 06,5 272 21,5 18 Сосна 31,3 1 44 1 42 051 14 18 -0 34 30 45 38 40 0 24 309 19 19 Сосна 28,0 1 44 1 20 1 00 21 25 -1 20 20 59 38 56 1 46 356 14

Однако и эти данные пока не могут быть использованы в моделировании из-за размерности углов в градусах и минутах.

Поэтому в таблице 3 приведены результаты преобразований угловых параметров в десятичном исчислении по градусам. Точность измерений теодолита составляет одну минуту. Тогда погрешность измерений диаметра ствола возрастает с ростом радиуса от базовой точки отсчета. По формуле D=200Rtg(α/2) при угле 1 минута получаем D=0,029089R. Тогда при R=200 м погрешность будет равна в 5,82 см. Чтобы погрешность была сопоставимой с погрешностью таксационных измерений по ступеням толщины, например через 4 см (погрешность ±2 см), необходимо измерение по радиусу не более [R]=ΔD/0,029089=34,377ΔD. Тогда при ΔD=2 см получаем предельный радиус в 34,377×2=68,75≈70 м.

Таблица 3 Угловые параметры деревьев вокруг лесной поляны, град № Порода Радиус R, м Диаметр ствола на разных высотах Диаметр кроны α_кр Высота по вертикальному кругу Наклон дерева
γ Азимут φ α_кш α_1.3 α_нкр β_кш β_нкр β_н 1 Сосна 35,5 0,733 0,683 0,400 8,500 -0,167 12,583 20,950 0,533 10,283 2 Сосна 47,6 1,050 0,867 0,617 11,400 -0,467 18,525 34,533 3,542 18,542 3 Сосна 43,4 0,900 0,850 0,083 9,567 -1,150 22,100 34,800 0,417 28,150 4 Сосна 41,0 1,250 1,033 0,817 15,833 -1,817 11,133 34,633 0,492 67,708 5 Дуб 24,5 2,033 1,933 1,983 21,683 -2,967 3,467 35,450 -0,450 97,017 6 Сосна 29,6 1,467 1,200 0,933 27,500 -2,850 14,883 43,667 0,250 104,517 7 Сосна 27,3 1,783 1,617 1,333 16,217 -3,333 14,733 45,583 -1,808 109,058 8 Сосна 30,0 1,700 0,983 0,733 15,650 -3,250 19,900 43,800 -2,433 132,933 9 Сосна 28,1 1,750 1,333 0,817 12,183 -3,517 21,050 46,167 -7,275 171,325 10 Сосна 40,0 1,017 1,033 0,633 9,650 -2,983 16,933 38,900 4,158 210,083 11 Сосна 43,4 0,967 0,850 0,700 7,517 -2,750 9,567 33,417 -2,933 210,933 12 Сосна 43,5 0,800 0,800 0,533 6,033 -2,800 8,883 34,850 0,617 213,650 13 Сосна 46,0 0,867 0,683 0,967 5,283 -2,167 15,367 28,700 -1,750 215,150 14 Сосна 44,0 0,817 0,633 0,300 5,983 -2,033 13,367 33,250 -0,658 219,133 15 Береза 30,0 0,533 0,483 0,383 14,033 -3,967 3,650 30,750 2,133 234,967 16 Сосна 34,5 0,517 0,417 0,350 3,317 -2,617 2,117 21,100 0,558 246,625 17 Сосна 27,8 0,483 0,783 0,717 12,917 -2,400 3,333 21,333 0,108 272,358 18 Сосна 31,3 1,733 1,700 0,850 14,300 -0,567 30,750 38,667 0,400 309,317 19 Сосна 28,0 1,733 1,333 1,000 21,417 -1,333 20,983 38,933 1,767 356,233

После вычислений получили значения геометрических параметров всех 19 учетных деревьев, приведенные в таблице 4.

Таблица 4 Геометрические параметры деревьев, растущих вокруг лесной поляны № Порода Радиус R, м Диаметр ствола на разных высотах, см Диаметр кроны D_кр, м Высота от линии визирного луча, м Наклон дерева γ, град Азимут φ, град       D_о D_1.3 D_нкр   H_кш H_нкр H_в     1 Сосна 35,5 45,4 42,3 24,8 5,28 -0,10 7,92 13,59 0,533 10,283 2 Сосна 47,6 87,2 72,0 51,3 9,50 -0,39 15,95 32,75 3,542 18,542 3 Сосна 43,4 68,2 64,4 6,3 7,26 -0,87 17,62 30,16 0,417 28,150 4 Сосна 41,0 89,5 73,9 58,5 11,40 -1,30 8,07 28,32 0,492 67,708 5 Дуб 24,5 86,9 82,7 84,8 9,38 -1,27 1,48 17,44 -0,450 97,017 6 Сосна 29,6 75,8 62,0 48,2 14,49 -1,47 7,87 28,25 0,250 104,517 7 Сосна 27,3 85,0 77,1 63,5 7,78 -1,59 7,18 27,86 -1,808 109,058 8 Сосна 30,0 89,0 51,5 38,4 8,25 -1,70 10,86 28,77 -2,433 132,933 9 Сосна 28,1 85,8 65,4 40,1 6,00 -1,73 10,81 29,27 -7,275 171,325 10 Сосна 40,0 71,0 72,1 44,2 6,75 -2,08 12,18 32,28 4,158 210,083 11 Сосна 43,4 73,2 64,4 53,0 5,70 -2,08 7,31 28,64 -2,933 210,933 12 Сосна 43,5 60,7 60,7 40,5 4,58 -2,13 6,80 30,29 0,617 213,650 13 Сосна 46,0 69,6 54,8 77,6 4,24 -1,74 12,64 25,18 -1,750 215,150 14 Сосна 44,0 62,7 48,6 23,0 4,60 -1,56 10,46 28,85 -0,658 219,133 15 Береза 30,0 27,9 25,3 20,1 7,38 -2,08 1,91 17,85 2,133 234,967 16 Сосна 34,5 31,1 25,1 21,1 2,00 -1,58 1,28 13,31 0,558 246,625 17 Сосна 27,8 23,4 38,0 34,8 6,29 -1,17 1,62 10,86 0,108 272,358 18 Сосна 31,3 94,7 92,9 46,4 7,85 -0,31 18,62 25,05 0,400 309,317 19 Сосна 28,0 84,7 65,1 48,9 10,59 -0,65 10,74 22,62 1,767 356,233

В окончательном виде для последующего моделирования данные приведены в таблице 5.

Таблица 5 Параметры деревьев вокруг лесной поляны для моделирования № Порода Радиус R, м Азимут дерева φ, град Наклон дерева γ, град Диаметр ствола на разных высотах, см Диаметр кроны D_кр, м Высота до кроны H_с, м Высота кроны H_кр, м Высота дерева Н, м D₀ D_1.3 D_нкр 1 Сосна 35.5 10.283 0.533 45.4 42.3 24.8 5.28 8.03 5.67 13.70 2 Сосна 47.6 18.542 3.542 87.2 72.0 51.3 9.50 16.34 16.81 33.14 3 Сосна 43.4 28.150 0.417 68.2 64.4 6.3 7.26 18.49 12.54 31.03 4 Сосна 41.0 67.708 0.492 89.5 73.9 58.5 11.40 9.37 20.25 29.62 5 Дуб 24.5 97.017 -0.450 86.9 82.7 84.8 9.38 2.75 15.96 18.71 6 Сосна 29.6 104.517 0.250 75.8 62.0 48.2 14.49 9.34 20.39 29.73 7 Сосна 27.3 109.058 -1.808 85.0 77.1 63.5 7.78 8.77 20.68 29.45 8 Сосна 30.0 132.933 -2.433 89.0 51.5 38.4 8.25 12.56 17.91 30.47 9 Сосна 28.1 171.325 -7.275 85.8 65.4 40.1 6.00 12.54 18.45 31.00 10 Сосна 40.0 210.083 4.158 71.0 72.1 44.2 6.75 14.26 20.10 34.36 11 Сосна 43.4 210.933 -2.933 73.2 64.4 53.0 5.70 9.40 21.32 30.72 12 Сосна 43.5 213.650 0.617 60.7 60.7 40.5 4.58 8.93 23.49 32.42 13 Сосна 46.0 215.150 -1.750 69.6 54.8 77.6 4.24 14.38 12.54 26.92 14 Сосна 44.0 219.133 -0.658 62.7 48.6 23.0 4.60 12.02 18.39 30.41 15 Береза 30.0 234.967 2.133 27.9 25.3 20.1 7.38 3.99 15.93 19.93 16 Сосна 34.5 246.625 0.558 31.1 25.1 21.1 2.00 2.85 12.04 14.89 17 Сосна 27.8 272.358 0.108 23.4 38.0 34.8 6.29 2.78 9.24 12.02 18 Сосна 31.3 309.317 0.400 94.7 92.9 46.4 7.85 18.93 6.42 25.36 19 Сосна 28.0 356.233 1.767 84.7 65.1 48.9 10.59 11.39 11.88 23.27

Как один из примеров, на фиг.4 показана поверхность отклика нового таксационного параметра «диаметр ствола около начала кроны», предлагаемого нами, в зависимости от радиуса и азимута расположения множества из 19 учетных деревьев по контру измеренной лесной поляны.

Предлагаемый способ обладает простотой проведения испытаний и высокой производительностью бесконтактных измерений таксационных показателей растущих деревьев, причем без всякого вредного физического воздействия на них.

Применение предложенного способа расширяет возможности территориального экологического мониторинга и позволяет проводить технологический мониторинг любого хозяйственного или незаконного поведения человека в конкретном лесном массиве.

Способ включает выбор базовой точки, установку теодолита в рабочее положение над базовой точкой, измерение расстояния до учетного дерева, наведение зрительной трубы теодолита в нуль-пункт относительно учетного дерева, выбор наблюдаемой характерной точки на учетном дереве, точное наведение вертикальной нити зрительной трубы от нуль-пункта до наблюдаемой характерной точки, точное наведение средней нити зрительной трубы теодолита на наблюдаемую характерную точку учетного дерева, отсчет по шкалам горизонтального и вертикального кругов, вычисление угла поворота и угла наклона наблюдаемой характерной точки учетного дерева от нуль-пункта, вычисление ширины и высоты до наблюдаемой характерной точки учетного дерева от нуль-пункта. Геодезическую привязку нуль-пункта теодолита выполняют относительно середины диаметра корневой шейки учетного дерева. Координаты всех наблюдаемых характерных точек учетного дерева измеряют теодолитом относительно нуль-пункта по координатной сетке с началом, расположенным в середине диаметра корневой шейки ствола учетного дерева, при этом базовую точку выбирают примерно в середине лесной поляны. Положение базовой точки на местности закрепляют колышком. Над базовой точкой устанавливают теодолит.Определяют направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита. Северное направление магнитного меридиана закрепляют колышком. Измеряют расстояние в виде радиуса от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева для получения цифровой модели каждого учетного дерева в плоскости, перпендикулярной линии визирования зрительной трубы на измеряемое учетное дерево. Выполняют этап измерительных действий и затем этап вычислений параметров каждого учетного дерева. После проведения вычислений статистическим моделированием выявляются биотехнические закономерности влияния радиуса и азимута расположения всех измеренных деревьев разной породы на параметры этих учетных деревьев. Способ обеспечивает расширение функциональных возможностей геодезических и геометрических измерений лесных полян. 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.

1. Способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны, включающий выбор базовой точки, установку теодолита в рабочее положение над базовой точкой, измерение расстояния до учетного дерева, наведение зрительной трубы теодолита в нуль-пункт относительно учетного дерева, выбор наблюдаемой характерной точки на учетном дереве, точное наведение вертикальной нити зрительной трубы от нуль-пункта до наблюдаемой характерной точки, точное наведение средней нити зрительной трубы теодолита на наблюдаемую характерную точку учетного дерева, отсчет по шкалам горизонтального и вертикального кругов, вычисление угла поворота и угла наклона наблюдаемой характерной точки учетного дерева от нуль-пункта, вычисление ширины и высоты до наблюдаемой характерной точки учетного дерева от нуль-пункта, причем геодезическую привязку нуль-пункта теодолита выполняют относительно середины диаметра корневой шейки учетного дерева, а координаты всех наблюдаемых характерных точек учетного дерева измеряют теодолитом относительно нуль-пункта по координатной сетке с началом, расположенным в середине диаметра корневой шейки ствола учетного дерева, отличающийся тем, что базовую точку выбирают примерно в середине лесной поляны, положение этой точки на местности закрепляют колышком, над базовой точкой устанавливают теодолит, определяют направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита, причем северное направление магнитного меридиана также закрепляют колышком, колышком, измеряют расстояние в виде радиуса от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева, далее для получения цифровой модели каждого учетного дерева в плоскости, перпендикулярной линии визирования зрительной трубы на измеряемое учетное дерево, выполняют этап измерительных действий и затем этап вычислений параметров каждого учетного дерева, а после проведения вычислений статистическим моделированием выявляют биотехнические закономерности влияния радиуса и азимута расположения всех измеренных деревьев разной породы на параметры этих учетных деревьев.

2. Способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны по п.1, отличающийся тем, что базовую точку выбирают примерно в середине лесной поляны, а также лесной прогалины или опушки, кроме того, пустоши в виде части просеки или лесной дороги, вырубки и делянки и других мест с вырубленными лесными деревьями.

3. Способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны по п.2, отличающийся тем, что над базовой точкой в виде колышка устанавливают теодолит и приводят его в рабочее положение при помощи уровня при алидаде горизонтального круга и трех подъемных винтов теодолита, на лесной поляне определяют направление магнитного меридиана, проходящего через базовую точку установки теодолита, для этого используют буссоль, для измерения магнитного азимута учетного дерева лимб горизонтального круга теодолита ориентируют на колышек, закрепляющий северное направления магнитного меридиана, то есть, когда зрительная труба теодолита направлена на этот колышек, при этом отсчет по горизонтальному кругу теодолита устанавливают на 0°00', используя закрепительный и микрометрический винты лимба, причем эти действия составляют подготовительный этап для выполнения измерений учетных деревьев, расположенных по контуру лесной поляны.

4. Способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны по п.1, отличающийся тем, что расстояние в виде переменного для каждого учетного дерева радиуса измеряют от точки установки теодолита до измеряемого учетного дерева с помощью мерной ленты, рулетки, оптического дальномера теодолита или лазерного дальномера.

5. Способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны по п.1, отличающийся тем, что для реализации этапа измерительных действий центр сетки нитей зрительной трубы теодолита наводят на нулевую точку корневой шейки учетного дерева, которой является середина диаметра корневой шейки, затем берут отсчеты по вертикальному и горизонтальному кругам теодолита относительно корневой шейки, при этом вначале зрительную трубу наводят на крайнюю левую точку ствола дерева на уровне корневой шейки и выполняют отсчет по горизонтальному кругу теодолита, далее, открепив закрепительный винт алидады, визируют зрительную трубу на крайнюю правую точку ствола на корневой шейке, диаметрально расположенную левой, и также берут отсчет по горизонтальному кругу теодолита, после этого выбирают следующую характерную точку для наблюдений, например, расположенную на высоте 1,3 м от корневой шейки дерева, причем на всех характерных точках ствола и кроны учетного дерева процесс измерения аналогичен вышеприведенному порядку действий, на этапе измерительных действий получают также отсчеты на характерные точки по вертикальном кругу теодолита.

6. Способ измерения учетных деревьев вокруг лесной поляны по п.1, отличающийся тем, что на этапе вычислений параметров каждого учетного дерева применяют нижеследующие формулы, причем магнитный азимут местоположения учетного дерева на местности совпадает с отсчетом по горизонтальному кругу теодолита нулевой точки корневой шейки дерева из-за того, что горизонтальный круг теодолита ориентирован по магнитному меридиану, а диаметр ствола учетного дерева на любой высоте, начиная от корневой шейки, а также диаметр кроны на различных ее местах, в том числе и по максимальному поперечному размеру кроны, вычисляют по следующим формулам:
D_i=200R_itg(α_i/2), α_i=ГК_ni-ГК_лi,
где D - диаметры сечений ствола или кроны учетного дерева, см;
i - номер учетного дерева различной породы по контуру лесной поляны, начиная от северного геодезического направления;
R - радиус от базовой точки отсчета до ствола учетного дерева, м;
α - угол, измеренный по горизонтальному кругу теодолита, град;
ГК - горизонтальный круг (право или влево);
высоту любой характерной точки на стволе учетного дерева вычисляют по следующим формулам:
H_i=R_i(tgβ_i-tgβ_кшi), β_i=BK_i-МО, β_кшi=BK_кшi-МО,
где Н - высота от корневой шейки до любой характерной точки на стволе или кроне учетного дерева, м;
β - угол, измеренный по вертикальному кругу теодолита, град;
МО - место нуля вертикального круга теодолита.