测树工具

用于树干与木材直径的测量的设备

测径工具用于树干与木材直径的测量，种类繁多，结构繁简差别很大。是测定树木或木材粗度、高度或长度、生长量及单位林地面积的胸高断面积等所用的仪器和工具。

正文

测定树木或木材粗度、高度或长度、生长量及单位林地面积的胸高断面积等所用的仪器和工具。有一般的机械结构和与几何光学元件或电子元件结合的复杂结构。体积小、重量轻、结构牢固、测量结果精确。用途多为单项，如测径、测高、测材积等，也有一器多用的。

测径工具用于树干与木材直径的测量，种类繁多，结构繁简差别很大。

检尺又名检径尺或勾尺。用以测量原木小头直径。构造简单，在直尺一端安装与尺面同宽的片形金属勾。以此为零，在尺面上刻出按1厘米进级的、2厘米径阶整化偶数刻划。

直径卷尺用于围测树干胸径为主的小钢卷尺、夹有金属丝的布卷尺或篾卷尺。一般长1～3米，按圆周长等于π倍直径关系和检尺一样在尺上刻划，径阶的刻划单位有1厘米、2厘米和4厘米几种,应用时根据林分平均直径的大小进行选择。篾直径卷尺是中国特有的竹篾尺，有300多年的历史，用黑色油漆刻划。

轮尺又名直径卡尺。是应用最广的一种测径工具。由尺身和与尺身保持严格垂直的固定臂与滑动臂 3部分组成。两根臂的长度必须比尺身最大刻划数的长度的一半略长，使能测定与尺身最大刻划数等粗的树木直径。滑动臂要能滑动自如,又要与尺身保持垂直。一般有3种设计：①在滑动臂的尺身通道中安装弹簧片与螺丝，以便随时校正滑动臂的垂直度；②滑动臂的尺身通道，是一种比尺身为宽的平行倾斜通道，并要求如图 1中ab的a与b两点向尺身的垂直距离ab与bc等于尺身宽度；③在滑动臂的尺身通道的上下安装滑轮。　轮尺有许多变形和改进，如两臂可以折叠，只留固定臂或把固定臂改为弧形臂而去掉滑动臂，甚至只有特殊尺身而无一臂等。有效的改进是自动记录直径的自记轮尺，其中以能使测量胸径分类计数结果直接输入电子计算机的最为先进。

①弯轮尺。又名芬兰抛物线轮尺（图 2）。是能安装在竿上用作测定 8米以下树干高处直径的高轮尺。但刻划线要宽，并用不同颜色相间隔，以便从高处读数。1958年中国设计试制了弯轮尺，其原理见图3:弧形尺臂取抛物线式表示。圆与抛物线相切于M点,圆心C的坐标为(α、β),CM为C圆的半径并与抛物线在M的法线重合。根据法线方程和圆的方程根据y=f(x)，α=φ(x)及β=φ(x)并取α为任意正整数，如α=4,5,6等，再代入x=0,1,2,3,……的数字，求出相应的y，α与β。然后在直角坐标纸上,按上述原理作图得出弯轮尺图形与直径刻划。　②毕特莫尔测杖。为一种直尺形测径尺。以美国毕特莫尔森林学校设计得名，中国范济洲教授于1951年改进成实用综合型森林测尺，其原理是（图4）：直径D=2BC。AB为定长,一般取使用者的手臂伸出长度。尺子的刻划按式以F为零点,算出对应于D的长度EF。　③ 扇形叉,又名轮尺叉（图5）。是奥地利W.毕特利希按照与毕特莫尔测杖类似的原理设计。形状与弯轮尺相似。根据圆的横断面的扇形来测定直径或断面积。通过瞄准针的视线与树干相切来确定弧形尺上的读数。　以上几种变形轮尺使用简便，可提高外业工效。但不如轮尺与直径卷尺读数精确。

④ 瑞典自记轮尺。由2厘米刻划单位的普通轮尺和一套与轮尺平行的计数部件所组成（图6）。此部件有与尺身相同刻划数的小框子。小框中每刻度的反面装有3排机械计数器的独立部件，还有3个株数计数按钮，3个计数键和相应数字表示的3个计数窗口。每木检尺时能计数3个树种，每树种按径阶计数可达999株。3个树种21个计数部件，总共可计数62937株。与此类似的还有苏联的自记轮尺。　⑤ 自记纸带轮尺。一种穿孔纸带轮尺(图7)。滑动臂上有齿轮传动穿孔纸带编码器。用压下右手柄的杠杆的办法，随即把测量值进行穿孔。穿孔带可以馈入计算机内，也可转换成磁带。这种轮尺轻而防水，特别适用于热带林的资源清查。　⑥ SMR 计算化轮尺。是能自动贮存数据的电子轮尺。由瑞典人B.琼森研制而成。有一个电子机械轮尺和具有键盘的数据记录器(终端)（图8），并通过导线相互联结起来。数据贮存器的程序是固定的，可存贮达2000小时之久。内存容量为48K44位数字,共有20个键盘。内存数据可输入计算机或传送给微型磁带。轮尺部分带有电子装置，一个带有双感受器的滑动尺在尺上移动时，可以接触感应到横线刻划，并把脉冲转变成以毫米为单位的直径测定值存入终端，这种轮尺还能在检尺时选出样木，在现地检查与修改数据和计算结果。　测高器测定树木全高、冠长、枝下高和某一定粗度处的干高或商品材高的测树工具。测高器的原理分几何学的相似三角形与三角术两类。多数测高器需用卷尺或光学视距装置测出水平距离。常用的测高器如下述。

韦塞测高器中国惯称为圆筒测高器。由装有齿状刻度板的圆形观测筒和带有悬锤的相同刻度尺所组成，用与悬锤连接的刻度尺ab在仪器上确定水平距离(图9)。并按下式计算树高BC：AE为在平地测高时的眼高，AD为测站到被测树木的水平距离。在坡地时可分别仰视观测树梢与俯视树基，得出仰视的cb与俯视的cb′，分别算出CD，式中DB，求和得全高。即　克里斯屯测高器是不必测量水平距的几何测高器（图10右）。工作原理是在贴近树干处竖一定长（一般2或3米）的标竿，再以一根定长直尺（一般为30厘米）捏住上端使其下垂。当视线上下观测树梢和树基时，恰好通过直尺的上下两端（图10左）。此时观测标竿顶端的视线与直尺相截的位置，即得左图中bc这一段。按下式可计算出树高AC，并刻数在 b点。当BC与ac为定长，给定5～40米各不相同的AC，可算出相应的 bc刻划在直尺上，供直接使用。　布鲁莱斯测高器按三角术原理由德国制造的带有简单视距器的测高器（图11左）。仪器度盘上有与依次按15米、20米、30米和40米几种不同水平距的仰视与俯视观测角对应的高度刻划，最下的为角度刻划。在平地测高时，根据上述某水平距，仰视树梢，按下制动钮，读出摆针相应水平距的刻划值，并加测者眼高，即得全树高。图11右为视距标尺。悬挂它在树干的 1.5米高处。通过以方解石为光学镜片的视距器观测标尺时，由于双折射而使标尺刻划向上方位移。当15的刻划与上方0刻划重合时,在平地为平距15米，在坡地时为斜距15米。应用于坡地测高时，因视距为斜距，读得树高偏大，须按下式进行斜距改算求得树高h：

h=h′(1-sin2θ)

式中h′为按斜距读得的树高，θ为坡度角。这时因树基低于眼高而高于测站，可俯视树基读数。仰、俯视两次读数之和得全树高。如树基高出眼高，也为仰视，则视两次读数之差为全树高。

桑托测斜器与PM-5型桑托测高器芬兰制造的轻便三角术测高仪器（图12）。刻度牌支撑在有宝石的轴承上。全部活动部件浸泡在严密密封的塑料容器里的缓冲液体之中，以消除刻度牌的震动，使它在容器中移动平稳。这种液体不受阳光与水分的影响，不冻结，便于在北极或热带的高海拔地方使用。光学标尺刻划范围为±90°与±150%。通过无视差的透镜很容易读数。直接可读出1度或1%，估读可达2分或0.2%。PM-5型增添了视距器和无须电源而能使用15年的氚灯泡来照亮鼓轮的刻划。　阿布尼水准器固定在长约15厘米的视管上，刻有度数、坡度百分数或地形线刻划弧的水准器（图13）。是美国广泛采用的三角术测高器。中国简称为手水准，应用简便。从视管瞄视树高，搬动指摆，当在视管中镜子里见到水准泡居中时，即为测定树高在眼高以上的仰角。同样观测树基得俯角，则树高为：式中h为树高；AB为水平距；α与β分别为仰、俯角（可取坡度百分数）。树基低或高于眼高时,式中符号取E或负号。　测胸高断面积工具直接测定每公顷断面积的光学角规。

林分速测镜一种多功能光学测树仪,主要用以角规测计单位面积上的胸高断面积，也可用以量测树高、立木任意部位直径、距离和林地坡度。在坡地上使用时，能自动调整坡度影响，直接读得水平结果。LC-1型林分速测镜（图 14）附有1.1米长的可折叠标竿。仪器内部构件主要包括制动钮,偏重鼓轮,分划板，挡板和由半反射镜、组合透镜合成的光具组（图14a）。由于鼓轮是偏重心的,能围绕通过圆心的轴转动，因而仪器无论怎样前后摆动，鼓轮在转动运动方面总是对地面相对静止的。全部测量用的标尺都刻在鼓轮表面的分划板上（图 14b），它们通过透镜及半反射镜而投入观测者的眼睛。挡板使观测者只能在下半视域中看到标尺，在上半视域中看到被测树木。上、下两半视域的分界线构成准线。使用任一标尺时，都以标尺在准线上的读数和宽度为准。标尺1,2,1/2是分别具有断面积因子为1,2,1/2（米2/公顷）的角规。标尺 1与其左边4条小带合并在一起构成具有断面积因子为4（米2/公顷）的角规。应用时用标尺对准树干胸高处，根据标尺计数。合计计数值乘以所用标尺的断面积因子,即得1公顷森林的胸高断面积。该仪器还可用来测算立木任意部位的直径。标尺S用来测距。标尺H和P分别用来量测树高和坡高。　DQW-2 型望远测树镜的基本结构与林分速测镜同，但增加了大倍率的望远系统，因而测量精度高于林分速测镜。这类速测镜都有自动把坡度改平的功能。

棱镜角规测定林分单位面积林地上的胸高断面积的一种楔形棱镜片，即光楔，也称森林调查员棱镜（图15b）。最早由德国G.米勒创制。是一种简单的光学角规,利用其顶角小使光线偏折产生偏向角的特性,观察物体造成物体虚象向顶角一方位移,其位移量与偏向角大小及观察距离有关。应用时计数法如图 15c。利用等顶角的双圆光楔成对安装成可变棱镜角规，即通过双圆光楔作同步异向转动，以获得不同大小的偏向角。为提高观测的准确性，可将棱镜角规安装在低倍单筒望远镜的物镜前方。　测定生长变化的工具精密测定直径生长量的仪器。如显微测树仪，是在不破坏树干情况下，直接精密测定树木直径在短暂时间如1周、1月、1季或1年的生长变化的测树仪（图16）。由工业用的百分表或千分表和特制近似等腰三角形的表座（底盘）两部分所组成。组装时，通过测杆插入载表孔和将表夹套在百分表上部用螺丝紧固住，即形成仪器整体。使用时，还需要在树干胸高处找出较平滑的位置，去掉浮起树皮，将3个平头螺钉钉成 1个在下、2个在上的比表座为小的等腰三角形平面，先以底盘与测杆相对着的三角顶勾住下边的螺钉,依次从右向左使底盘平贴在全部螺钉上,即可从百分表上读数。相间某一短时间的两次读数之差，即为间隔期的直径生长量。第2次测定时，不仅应与第1次的位置完全相同,而且仪器应保持第1次测定后的状态不变，才能获得准确结果。　测材积工具物理测容法测定材积的专用容器。如测容器，是放入木段测定体积的金属盛水容器。测定形状不整齐的木材时，一般采用赖西格式测容器。圆筒高约1～1.5米，直径0.5米。筒下部装放水头,在放水头上连结一根粗细一致的玻璃管，在旁按盛水体积使玻管内水面升高的高度刻上体积标尺。将水盛入达到水管起点刻度高,而后放入木材在玻管上读数,以测定体积。另一种形式的测容器把放水头安在测容器的圆筒上方，盛水与水头平高。放入木材后，用量筒盛接排出的水以测定材积。主要缺点是木材吸收水分后会降低测定准确性，也不能测定较大木材。在生物量研究中，测定体积的供试木材很小，采用小型盛入水银的测容器进行测定，可以避免因木材吸水而降低测定效果。

综合性测树工具以光学元件为主要部件、以测定树干上部直径为主要目的的间接测树仪器。分为光叉式、短基线视距仪式和轮尺式3大类,它们也可构成彼此结合的综合式仪器。一般都配有光学放大系统以及测高器或视距装置，以测定或标定所测上部直径的位置。结构较复杂、体积较笨重。应用较多的，除林分速测镜类仪器外，尚有下述几种。

DQL-1型测树罗盘仪具有带读数游标的全圆竖角度盘12倍放大率、光路转折45°、能呈正像和用以测径的分划板视距常数为 100的弯管望远镜的罗盘仪，属于光叉式测树仪(图17)。按三角术测定水平距、树干全高、任意高和直径等。使用方便，精度也较高，但各测树因子均须计算求得结果，不便标定一定高度位置的直径。　惠勒五棱镜轮尺由五棱镜对构成的手持式轻便光学轮尺。简称惠勒轮尺或五棱镜轮尺（图18）。用于测定树干任意可见高度的直径。通过定五棱镜上缘直视树干左侧，同时左右滑动动五棱镜，使在定五棱镜中见到由动五棱镜反射树干右侧的虚象与实际树干左侧相吻合在视孔中的图形，此时指示标即在刻度尺上指出树干测点处的直径数值。在定镜一端的尺身头边安上桑托测斜器，使测高与测径同时进行。　TGC-300型光学测树仪又名DCW-3型光学测树仪。以五棱镜对和可调双圆光楔为主要元件、兼有轮尺式与光叉式的光学测树仪（图19a）。基尺长300毫米。视窗能安上2.4倍望远镜。光楔圈（图19b）位于定五棱镜的前方，可自由旋转。两块顶角相同的圆光楔安在圈中。圈上刻划为双圆光楔构成的偏向角的正切函数即光楔常数K。在定五棱镜的左侧装有偏重度轮测高器。使用时既可手持，又可安在三角架上。当取双圆光楔的∞对准0°时,则与惠勒轮尺原理和用法相同，最大直径量程为300毫米,可利用光楔扩大量程1～2米,但超过1米，精度降低。　FP-15型测树仪为英国制造的一种短基线无标尺视距仪式测树仪。精密而笨重（图20）。基线长20.3厘米，望远镜放大倍数 5.5、能在相距11～110米范围内观测。测距范围11～620米,测径范围3.8～500厘米，俯仰角可达－60°～+60°。测量精度相当高。测量距离与直径时，对准目标，转动仪器调节头。从目镜中见到树干分离虚象呈左方同侧上下吻合(真吻合)时，在显微读数镜中读得第一读数；当下方树干虚象的右侧与上方的树干虚象左侧相吻合时（假吻合）,读出第2读数。以此两次读数查表或电算得距离或直径。测量树高时，先用测角器对准所选倾斜角的正弦值，或看清树干的适当位置来选定倾斜角,然后用测微器进行调整,直到水准器的气泡居中时，读出正弦值并乘以距离即得树高。　参考书目

F.罗茨等著，森林资源清查翻译组译：《森林资源清查》，中国林业出版社，北京，1986。(F. Loetsch, F.Zhrer and K.E.Haller,Forest Inventory, vol.Ⅱ, “BLV Verlagsgesllschaft”, Munich Bern Wien,1973.)

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