CN105136107A - 一种目标位置、树高和直径的测量方法及测量系统 - Google Patents

Abstract

一种目标位置、树高和直径的测量方法及测量系统，涉及目标定位及森林调查技术领域。本发明针对现有技术中目标位置、树木高度和直径测量中的技术缺陷，采用两个瞄准装置同时瞄准目标的方法来测量目标的相对位置，相对位置还可转换为相对坐标和绝对坐标，如果目标是树木，则在两个瞄准装置分别瞄准树基的同时其连线瞄准树稍，量测相关角度和长度就可得到树木的位置、树高和指定树高部位的直径。本发明同时公开了实现上述方法的测量系统。本发明可在测点处完成每株树木位置、树高和直径的测量，还可用于土地面积测量，测量结果精度高，极大地减轻了森林资源调查的劳动强度和工作量、提高了工作效率和测量精度，可取代现有的标准地调查法。

Description

一种目标位置、树高和直径的测量方法及测量系统

技术领域

本发明涉及目标定位及森林调查技术领域，特别是涉及一种目标位置、树高和直径的测量方法及测量系统。

背景技术

目前，测量目标位置的常用方法是卫星定位系统。卫星定位系统能实现定位装置自身的定位，但在很多应用场合，不仅需要获得定位装置的自身定位信息，而且需要此装置周围的物体的定位信息。当然也有一些关于目标定位的专利，比如公告号CN103017740B的一种利用视频监控装置对监控目标的定位方法及定位系统，其技术方案是控制两个与监控目标不在同一条直线上的视频监控装置同时监控所述的监控目标，但这需要两个视频监控装置均包含GPS模块测出测点的绝对位置，而且由于GPS的定位精度原因，计算出的位置精度不是很高，不适用于立木测量，也不适合随身携带使用。

在森林资源调查中，树高是非常重要的因子，树高的测量一直是一个难以解决的问题，实际工作中通常采用目估法或测高器测高。目估法与个人的经验密切相关，测量精度毫无保障。测高器目前最常用的是布鲁莱斯（Blume-Leiss)测高器。用布鲁莱斯测高器测量树高时，要求在每测一株立木的高度之前，必须首先用辅助工具量测出一个标准长度的水平距离（15、20、30或40m)。森林中受地形、坡度、林下植被、林分密度等因素的限制，标准水平距离的量测很不方便或者非常艰难，即使测出了标准水平距离，由于林冠的遮挡，往往又看不到树梢，因此，布鲁莱斯测高器在地形复杂、密度稍大的森林中或者要测量很多立木的高度时是不适用的或者低效率的。还有克里斯屯（Christen)测高器，克里斯屯测高器需要在树前放置配合测量的标杆作为辅助工具，而且读数刻度随树高的增加而逐渐变密，测量误差较大，当树高达15m以上时，克里斯屯测高器已很难读数，所以，目前在测高工作中已基本淘汰。鉴于上述原因，发明一种简单实用、不需量测水平距离、不用在树前放置配合测量的标杆、可任意选择测点的测高器便成了该领域林业工作者多年来一直追求的目标，在测高的同时最好还能测出水平距离。为了达此目标，人们相继发明了各种各样的测高器，但是，终究因为实用性不高，而未能替代布鲁莱斯测高器的地位。公布号为CN102183236A的一种测量树高的装置能方便实现树高的测量，但由于是机械式，瞄准操作不便，精度不高，也不能测水平距离。

在森林资源调查中，树木的直径也是非常重要的因子，其中最重要的是胸径，当然其它直径比如树干中部直径也很重要，可用于计算形率和形数，进而计算树木蓄积，但由于测量十分不便，目前在实际工作中几乎不使用。胸径是立木胸高部位直径的简称，它是立木测定的最基本因子之一。采用胸径围尺及胸径卡尺的方法在测量时要求测量人员要站在被测立木边上，测量精度较低，不可及的林木则无法测量，同时需要记录大量的测量数据，劳动强度较大，且对于径级较大的立木，测量难度较大，传统测量方法是用围尺、轮尺等测量胸径，然后再手工记录数据。显然，传统的方法越来越不适应林业资源调查信息化、精准化和实时动态化存储数据等要求。

林分蓄积调查方法目前常用的是标准地法，该方法要求测量一定面积范围内的每株林木的胸径，如果用二维材积表则还要测量树高，通常为面积1亩的正方形，用罗盘仪测定该正方形的边界并标记后再到每株立木的旁边进行每木检尺，工作量非常大，劳动强度大，同时也容易遗漏或重复，而且因树高测量非常不便，通常只测胸径一个因子，计算出的蓄积误差较大。

所以发明一种能准确测量目标的位置、如果目标是立木还能测量树高和指定树高部位直径的测量方法和测量系统就成为人们追求的目标，该测量方法和测量系统还要使用灵活，能大大减轻标准地调查的工作量和劳动强度，并可实现大范围、远距离测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的目标位置、树高和指定树高部位直径测量中的技术缺陷，而提供一种目标位置的测量方法及测量系统，如果目标是立木，还能测量树高和指定树高部位的直径，本发明另一个目的是提供一种能显著降低劳动强度和工作量、代替现有标准地调查方法的森林蓄积调查法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种目标位置、树高和直径的测量方法，目标位置有相对位置、相对坐标和绝对坐标三种表示方法，目标的相对位置用目标距测点的水平距离、目标与测点的相对高差、目标至测点的连线与初始方向的水平夹角表示，初始方向可任意设定，相对位置可转换成相对坐标或绝对坐标，如果目标是立木，则还有树高和指定树高部位的直径两个因子，包括如下步骤，

1）将两个瞄准装置（B和C）分别瞄准目标上的同一点（E），其中一个瞄准装置（B）位于测点（A）正上方，如果目标是立木，则所述两个瞄准装置分别瞄准树基上的同一点（E），所述两个瞄准装置的连线瞄准树稍（F）；所述两个瞄准装置均包含瞄准单元、旋转驱动单元和至少一个角度测量单元；如需得到目标与测点的相对高差则量测测点到其正上方瞄准装置的高（h）；要指出的是，初始方向既可事先设定、也可在测量第一个目标时自动设定，即在同一测点上测量第一个目标时的方向默认为初始方向，也即在同一测点上测量第一个目标时目标至测点的连线与初始方向的水平夹角为零，更换测点后初始方向要重新设定；测量目标时有时不需要知道目标与测点的相对高差，则此时不需量测测点到其正上方瞄准装置的高（h），例如目标是立木时一般就不需要知道这个高差；

2）控制系统读取所述两个瞄准装置的瞄准视线与水平面的夹角（α₂和α₃）、所述两个瞄准装置之间的直线距离（a）及其连线与水平面的夹角（α₁）、所述两个瞄准装置连线与初始方向的水平夹角；如果所述两条瞄准视线构成的平面不垂直于水平面，还要读取所述两个瞄准装置连线相对于所述瞄准视线的水平夹角（β₁和β₂）；应该指出，所述的两个瞄准装置的连线或距离是指瞄准装置中的瞄准单元的旋转轴中点之间的连线或距离。

3）控制系统根据读取的角度和距离信息计算出目标的相对位置并输出，如果目标是立木则计算出树基的相对位置和树高并输出；

4）当需要测量指定树高部位的直径时，树基上的瞄准点（E）要位于树基边缘，即树基圆弧与瞄准视线的切点，在得到树高和水平距离后，保持测点上瞄准装置的位置不变，竖直方向旋转其中的瞄准单元，控制系统读取该瞄准装置的瞄准视线与水平面的夹角（α₂）并计算和输出所测量部位的高度，若达到所需测量直径的树高部位，则水平旋转该瞄准装置，使其瞄准视线与该树高部位的圆弧相切，量测该瞄准装置的旋转角度（γ₁），继续水平旋转该瞄准装置，使其瞄准视线与该部位另一侧圆弧相切，量测该瞄准装置的旋转角度（γ₂），控制系统计算出该树高部位的立木直径并输出。

该测量方法的有益效果是，在测点处不需借助其它辅助设备、不需GPS等卫星定位模块即可完成目标相对位置的精确测量，如果目标是立木，还可同时测量树高和指定树高部位的直径，从而适用于做圆形标准地调查，能极大地减轻工作量和劳动强度。此外，因初始方向可灵活设定，因此可以很方便地选定目标位置的参照物。

在一些实施方式中，其中测点上的瞄准装置还包含指南针单元，用来确定初始方向与正北方向的夹角，将目标的相对位置转换成相对坐标。其有益效果是，能将测得的相对位置转换为以测点为原点、各坐标轴与通用坐标系相应坐标轴平行的相对坐标。

在一些实施方式中，其中测点上的瞄准装置还包含指南针单元和卫星定位单元，用来确定初始方向与正北方向的夹角、以及获得测点在通用坐标系中的绝对坐标，将目标的相对位置转换为通用坐标系中的绝对坐标。其有益效果是，能将目标的相对位置转换为相对坐标或进一步转换为通用坐标系中的绝对坐标。

在一些实施方式中，其中两个瞄准装置中的瞄准单元是激光发射器或成像设备，当瞄准单元是成像设备时，目标上瞄准点所成的像要在图像正中央。其有益效果是，使本发明的瞄准方式适应不同应用场合的需要。目标上瞄准点所成的像不在图像正中央时也可进行角度修正，修正时可根据成像装置的参数和目标在图像中的位置来计算修正量。

一种目标位置、树高和直径的测量系统，包括两个包含瞄准单元、旋转驱动单元和竖直角度测量单元的瞄准装置，其中测量时位于测点正上方的瞄准装置还带有包含水平角度测量单元和倾角测量单元的连接器，旋转驱动单元用于驱动瞄准单元水平或竖直方向旋转，所述两个瞄准装置通过一长杆连接在一起；

旋转控制模块，用于控制和驱动旋转驱动单元；

按键模块，用于输入数据及按键信息；该模块不仅指实体键盘，也可以是屏幕上的软键盘；

数据处理模块，用于存储数据、接收按键信息及角度测量单元量测的数据并进行计算，得出目标的位置信息；要指出的是，如果目标是立木，这个位置信息也包含树高和指定树高部位的直径，计算出来的结果在输出到显示模块的同时还可暂存起来以供批量传输到外部设备；

显示模块，用于接收数据处理模块的计算结果并将其显示。

该测量系统的有益效果是，在没有卫星定位导航系统和其它辅助设备条件下，该系统也能测量目标的相对位置以及树高和指定树高部位的直径，比如胸径和树干中部直径，而且测量精度高。

在一些实施方式中该测量系统还包含通信模块，用于数据处理模块与外部设备或/和瞄准装置之间进行数据传输。通信模块用于与外部设备进行数据传输，也可用于与瞄准装置进行数据传输，因数据处理模块与瞄准装置之间的数据传输方式可以是有线的或无线的，如果是有线的，可以直接进行，如果是无线的，则要通过通信模块进行传输，其有益效果是，方便本测量系统将记录的测量结果向电脑等外部设备传输，减轻测量现场的记录负担；如瞄准装置能成像，还可将所成的像显示在显示模块上，方便瞄准。

在一些实施方式中，其中测量时位于测点正上方的瞄准装置还包含指南针单元，该指南针单元量测的数据传输给数据处理模块以得到目标的相对坐标。其有益效果是，使测量系统能将测量的相对位置转换为以测点为原点、各坐标轴与通用坐标系相应坐标轴平行的相对坐标。

在一些实施方式中，其中测量时位于测点正上方的瞄准装置还包含指南针单元和卫星定位单元，这两个单元量测的数据传输给数据处理模块以得到目标的绝对坐标。其有益效果是使测量系统能将目标的相对位置转换为相对坐标或进一步转换为通用坐标系中的绝对坐标。

在一些实施方式中，两个瞄准装置中的瞄准单元是激光发射器或成像设备。其有益效果是使测量系统的瞄准方式适应不同应用场合的需要。

在一些实施方式中，其中一个或两个所述瞄准装置从所述测量系统中分离出来，此时所述两个瞄准装置均带有包含水平角度测量单元和倾角测量单元的连接器，各分离部分均包含内部通信单元，内部通信单元用于与数据处理模块和旋转控制模块交换信息，各角度测量单元通过内部通信单元输出角度信号给数据处理模块，旋转控制模块通过内部通信单元输出旋转控制信号给所述瞄准装置的旋转驱动单元。因为两个瞄准装置没有连接在一起，所以瞄准装置除了要有竖直角度测量模块外，也必须都要有水平角度测量模块和倾角测量模块，才能方便地在两条瞄准视线构成的平面不垂直于水平面时进行目标位置的测量。其有益效果是使测量系统适应不同的应用要求，如测量立木时就需要测量系统有便携性，这样就要求两个瞄准装置连接在一起；而在某些应用场合，需要将两个瞄准装置的距离拉得很远比如1km至5km以提高测量精度和测量距离，这样就要求两个瞄准装置分离，而测量系统的其它模块可跟随其中一个瞄准装置，也可独立设在一个地方。

下面讲述本发明的测量原理。

与初始方向的水平夹角直接用角度测量模块量测得到。

设树高为H，目标或树基至测点的水平距离为L，目标或树基与测点的相对高差为H₂，树稍与测点的相对高差为H₁，如高度低于测点则高差为负值，则H＝H₁-H₂，

两个瞄准装置的直线距离为a、倾角为α₁，

瞄准目标时，设测点A处瞄准装置B瞄准视线的倾角为α₂，瞄准装置C瞄准视线的倾角为α₃，角度在水平面以上时为正值、在水平面以下时为负值，设瞄准装置C至树稍F的距离为x，

一、当瞄准装置与目标构成的平面垂直于水平面时，

1、当α₁、α₂、α₃均不等于90度时，

有等式（1）L＝(a+x)cosα₁

（2）H＝x·sinα₁-x·cosα₁tanα₃＝H₁-H₂

（3）H₂＝Ltanα₂

（4）H₁＝Ltanα₁

解此方程组，得测点至目标或树基的水平距离

目标或树基与测点处瞄准装置的相对高差

与测点的相对高差＝H₂+h，h为测点到其上瞄准装置（B）的高；

树高

2、当α₁为90度时，根据几何关系很容易得到

水平距离L＝a/(tanα₂-tanα₃)

与测点的相对高差＝L·tanα₂+h

3、当α₂为90度时，根据几何关系很容易得到

水平距离L＝0

与测点的相对高差＝a·cosα₁tanα₃-a·sinα₁+h

4、当α₃为90度时，根据几何关系很容易得到

水平距离L＝a·cosα₁

与测点的相对高差＝L·tanα₂+h

二、当瞄准装置与目标构成的平面不垂直于水平面时，

为方便计算，需要设辅助线，如图2所示，保持两个瞄准装置连线的倾角α₁以及长度a不变，把瞄准装置C旋转到C’位置，使B与C’及目标构成垂直于水平面的平面，这样就变成前一种情况，则前一种情况计算结果中的α₃实为C’与目标连线的倾角，设这个倾角为α₅，只需找出α₅和此种情况下α₃的关系则可，

设两个瞄准装置连线相对于瞄准装置B瞄准视线的水平夹角为β₁，相对于瞄准装置C瞄准视线的水平夹角为β₂，

为便于计算，将B、C、E投影到一个水平面上，如图2所示的A、C、D，有等式

（1）CD·sinβ₂=AD·sinβ₁

（2）AD·cosβ₁-CD·cosβ₂=AC

（3）tanα₅=DE/(AD-AC’)=CD·tanα₃/(AD-AC)

解此方程组，得到

用此计算式中tanα₅的值代替前述α₁、α₂、α₃均不等于90度时的水平距离L和高差H₂计算式中的tanα₃，即可得到目标的水平距离和与测点的相对高差。

三、计算指定树高部位的直径

计算测点上的瞄准装置所瞄准部位的树高：

瞄准部位树高＝Ltanα₂-H₂，此处H₂是前面计算出来的值

计算半径：

半径OE’=BO·sin(γ₂/2)＝{BE/cos[γ₁+(γ₂/2)]}·sin(γ₂/2)=L·sin(γ₂/2)/cos[γ₁+(γ₂/2)]

计算直径：

直径＝2·OE’

上述半径的计算式中，由于γ₁的值通常非常小，在直径精度范围内一般可忽略，所以半径计算式也可用下述近似公式代替：OE’≈L·tan(γ₂/2)。

本发明突出的实质性特点是通过两个瞄准装置瞄准目标即可计算出目标的相对位置、以及树高和指定树高部位直径。相对位置还可根据需要转换成相对坐标或绝对坐标。

本发明突出的实质性特点还在于两个瞄准装置既可连接起来、也可分开，以适应不同的应用场合。

与现有技术相比，本发明显著的进步是可以不需卫星定位系统而精确测量目标的相对位置，也可以将目标的相对位置转换成通用坐标系中的绝对坐标；因为可以精确测量目标的相对位置，从而也可以测量各种形状土地的面积，只需在测点处测量该土地边界各点的相对位置即可精确计算出该土地的面积，极大减轻了工作量，与现有的GPS测量方法或手工丈量方法相比，显著地提高了精度。

本发明显著的进步还在于目标是立木时还可以测量树高和指定树高部位的直径，可以任选测点，在测点处即可完成树高、胸径、树干中部直径、距测点的水平距离等因子的测量，不需其它辅助装置如立木旁放置标杆。

本发明显著的进步还在于因为可以测量水平距离、胸径和树高，所以在森林蓄积调查中完全可以用圆形标准地取代现有的标准地调查方法，在测点处即可完成标准地内每株林木的测量，极大地减轻了森林资源调查的劳动强度和工作量、提高了工作效率和测量精度。

附图说明

图1是两条瞄准视线构成的平面垂直于水平面时的测量示意图；

图2是两条瞄准视线构成的平面不垂直于水平面时的测量示意图；

图3是测量树高的示意图；

图4是测量指定树高部位直径的原理图；

图5是两个瞄准装置连接在一起时的测量系统结构示意图。

其中，A-测点，B-瞄准装置，C-瞄准装置，D-目标在水平面的投影，E-被测目标或树基，F-树稍，OE-树基处半径，OE’-指定树高部位的半径，BG-水平线，101-连接两个瞄准装置的长杆，102-瞄准装置所带的连接器，103-旋转轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是说明性的，而不是限定性的，不能根据以下实施例来限定本发明的保护范围。

实施例一：如图1、图3、图4所示，本实施例所述目标位置、树高和直径的测量方法为：

包括如下步骤，

1）将两个瞄准装置分别瞄准目标上的同一点（E），其中一个瞄准装置位于测点（A）正上方并设定初始方向，如果目标是立木，则这两个瞄准装置分别瞄准树基上同一点（E），所述两个瞄准装置的连线瞄准树稍（F）；这两个瞄准装置均包含激光发射器、测量竖直角度的角度传感器和旋转驱动单元，激光发射器用于瞄准目标，而位于测点正上方的瞄准装置还包含测量水平角度的角度传感器和倾角传感器；如需得到目标与测点的相对高差则量测测点到其正上方瞄准装置的高（h），这个高是以瞄准装置中的激光发射器的旋转轴中点为准；初始方向也可不事先设定而在测量第一个目标时自动设定，即在同一测点上测量第一个目标时的方向默认为初始方向，更换测点后初始方向要重新设定。测量目标时有时不需要知道目标与测点的相对高差，则不需量测测点到其正上方瞄准装置的高（h），例如目标是立木时一般就不需要知道这个高差；

2）控制系统读取这两个瞄准装置的瞄准视线即激光中轴线与水平面的夹角（α₂和α₃）、这两个瞄准装置之间的直线距离（a）及其连线与水平面的夹角（α₁）、所述两个瞄准装置连线与初始方向的水平夹角；所述两条瞄准视线构成的平面始终垂直于水平面；所述的两个瞄准装置的连线或距离是指瞄准装置中的激光发射器的旋转轴中点之间的连线或距离。两个瞄准装置之间的直线距离（a）可设为一固定值如50cm或100cm事先存贮在测量系统中；

3）控制系统根据读取的角度和距离信息按前述原理部分给出的公式计算出目标的相对位置并输出，如果目标是立木则计算出树基的相对位置和树高并输出；

4）当需要测量指定树高部位的直径时，树基上的瞄准点（E）要位于树基边缘，即树基圆弧与瞄准视线的切点，在得到树高和水平距离后，保持测点上瞄准装置的位置不变，竖直方向旋转其中的激光发射器，控制系统读取该瞄准装置的瞄准视线即激光中轴线与水平面的夹角（α₂）并计算和输出所测量部位的高度，若达到所需测量直径的树高部位，则水平旋转该瞄准装置，使其瞄准视线即激光中轴线与该树高部位的圆弧相切，量测该瞄准装置的旋转角度（γ₁），继续水平旋转该瞄准装置，使其瞄准视线即激光中轴线与该部位另一侧圆弧相切，量测该瞄准装置的旋转角度（γ₂），控制系统按前述原理部分给出的公式计算出该树高部位的立木直径并输出。

实施例二：本实施例与实施例一所述测量方法的区别在于，瞄准装置上的瞄准单元不是激光发射器而是摄像头，摄像头可调节变倍和聚焦，以提高精度，目标上瞄准点所成的像要在图像正中央。此时观察瞄准视线与圆弧相切可通过观察瞄准点是否在图像正中央来确定。

实施例三：本实施例与实施例一或二所述测量方法的区别在于，测点上的瞄准装置（B）所带的连接器还包含数字罗盘，用来确定正北方向与初始方向的夹角，为简化计算，可将这夹角设为零，即将正北方向定为初始方向。此时可将测量的相对位置转换为以测点为原点、各坐标轴与通用坐标系相应坐标轴平行的相对坐标，如北京54直角坐标系。

实施例四：本实施例与实施例三所述测量方法的区别在于，测点上的瞄准装置（B）所带的连接器还包含GPS卫星定位模块，这样可得到测点的绝对坐标，就可将目标的相对坐标进一步转换为绝对坐标，比如先将测点的WGS-84大地坐标转换为北京54直角坐标，再将目标的相对坐标转换为北京54直角坐标，再转换为WGS-84大地坐标。

实施例五：如图2所示，本实施例与前述实施例所述测量方法的区别在于，瞄准装置（C）与瞄准装置（B）是分离的，此时瞄准装置（C）也带有一连接器，该连接器上同样有用于进行水平校正的倾角传感器和用于测量水平旋转角度的高精度角度传感器。并且此时两个瞄准装置均带有无线通信单元如蓝牙，用于在测量时实时获取量测的角度数据及控制瞄准装置的旋转；

测量时，将两连接器都置于支撑架上，将连接器校正水平，设定初始方向；量测两瞄准装置中的瞄准单元的旋转轴中点的直线距离并存贮在系统中；

再将瞄准装置（B）瞄准瞄准装置（C），可得两瞄准装置连线的倾角α₁；再以此为起始位旋转瞄准装置（B）以瞄准目标，可得倾角α₂和水平夹角β₁；

将瞄准装置（C）瞄准瞄准装置（B），以此为起始位旋转瞄准装置（C）以瞄准目标，可得倾角α₃和水平夹角β₂；有了这些数据系统就可计算出目标的相对位置。

实施例六：如图5所示，本实施例所述一种目标位置、树高和直径的测量系统，包括两个包含激光发射器、量测直杆与激光发射器夹角的高精度角度传感器和旋转驱动单元的瞄准装置，位于测点正上方的瞄准装置还有一个高精度角度传感器用于测量直杆与水平面的夹角，这两个瞄准装置通过一长杆连接在一起，其旋转轴相距0.5米，此数值存入数据处理模块供计算时调用，安装时要保证两个激光发射器发射的激光始终在同一平面上；测量时位于测点正上方的瞄准装置还带有一连接器，该连接器包含用于测量水平旋转角度的高精度角度传感器和用于进行水平校正的倾角传感器，旋转驱动单元用于驱动激光发射器水平或竖直方向旋转；各传感器要带A/D转换以直接输出数字信号；直杆与激光发射器夹角即与瞄准视线的夹角，角度传感器的测量精度要在0.003度以内；

旋转控制模块，用于控制和驱动旋转驱动单元；

按键模块，用于输入数据及按键信息；

数据处理模块，用于存储按键模块输入的数据、接收按键信息及角度传感器量测的数据并进行计算，得出目标的位置信息并暂存；

显示模块，用于接收数据处理模块的计算结果并将其显示。

实施例七：本实施例与实施例六所述测量系统的区别在于，还包含通信模块，用于数据处理模块与外部设备进行数据传输，也可用于与瞄准装置进行数据传输。如可将测量结果上传给计算机、掌上电脑等。所述通信模块可以是串行通信模块或无线通信模块。

实施例八：本实施例与实施例六所述测量系统的区别在于，位于测点正上方的瞄准装置还包含数字罗盘，在水平角度传感器设定初始方向时，数字罗盘可实时指示初始方向与正北方向的夹角。

实施例九：本实施例与实施例八所述测量系统的区别在于，位于测点正上方的瞄准装置还包含GPS卫星定位模块，卫星定位模块测得的数据传输给数据处理模块以生成目标的绝对坐标。

实施例十：本实施例与实施例六所述测量系统的区别在于，瞄准装置上的瞄准单元不是激光发射器，而是摄像头，摄像头可调节变倍和聚焦，以提高精度。

实施例十一：本实施例与实施例六至十所述测量系统的区别在于，两个瞄准装置中的一个或两个可以分离成独立部分，此时这两个瞄准装置均带有包含测量水平旋转角度的高精度角度传感器和倾角传感器的连接器，各分离部分均包含内部通信单元，内部通信单元用于与数据处理模块和旋转控制单元交换信息，各角度传感器通过内部通信单元输出角度信号给数据处理模块，旋转控制模块通过内部通信单元输出旋转控制信号给旋转驱动单元。内部通信单元可以用无线通信如蓝牙。连接器上的角度传感器用于测量水平旋转角度。

实施例十二：本实施例与实施例十一所述测量系统的区别在于，瞄准装置上的瞄准单元不是激光发射器、而是摄像头；摄像头不是两个而是三个，这三个摄像头呈三角形排列，三角形边长不超过5公里，每两个摄像头组成一个测量系统，这样测量时可以用这三个测量系统的测量结果求平均值以提高测量精度。摄像头可调节变倍和聚焦，以提高精度。此时摄像头上的连接器固定安装在平台上，摄像头间的距离和倾角及方位角可事先测量好存入测量系统的数据处理模块。

实施例十三：本实施例与实施例十二所述测量系统的区别在于，瞄准装置上的瞄准单元不是摄像头，而是带有望远镜的摄像机。此时摄像机上的连接器固定安装在平台上，摄像机间的距离和倾角及方位角可事先测量好存入测量装置的数据处理模块。

以上所述仅是本发明的优选的部分实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种目标位置、树高和直径的测量方法，目标位置有相对位置、相对坐标和绝对坐标三种表示方法，目标的相对位置用目标距测点的水平距离、目标与测点的相对高差、目标至测点的连线与初始方向的水平夹角表示，初始方向可任意设定，相对位置可转换成相对坐标或绝对坐标，如果目标是立木，则还有树高和指定树高部位的直径两个因子，其特征在于：包括如下步骤，

1）将两个瞄准装置（B和C）分别瞄准目标上的同一点（E），其中一个瞄准装置（B）位于测点（A）正上方，如果目标是立木，则所述两个瞄准装置分别瞄准树基上的同一点（E），所述两个瞄准装置的连线瞄准树稍（F）；所述两个瞄准装置均包含瞄准单元、旋转驱动单元和至少一个角度测量单元；如需得到目标与测点的相对高差则量测测点到其正上方瞄准装置的高（h）；

2）控制系统读取所述两个瞄准装置的瞄准视线与水平面的夹角（α₂和α₃）、所述两个瞄准装置之间的直线距离（a）及其连线与水平面的夹角（α₁）、所述两个瞄准装置连线与初始方向的水平夹角；如果所述两条瞄准视线构成的平面不垂直于水平面，还要读取所述两个瞄准装置连线相对于所述瞄准视线的水平夹角（β₁和β₂）；

3）控制系统根据读取的角度和距离信息计算出目标的相对位置并输出，如果目标是立木则计算出树基的相对位置和树高并输出；

4）当需要测量指定树高部位的直径时，树基上的瞄准点（E）要位于树基边缘，即树基圆弧与瞄准视线的切点，在得到树高和水平距离后，保持测点上瞄准装置的位置不变，竖直方向旋转其中的瞄准单元，控制系统读取该瞄准装置的瞄准视线与水平面的夹角（α₂）并计算和输出所测量部位的高度，若达到所需测量直径的树高部位，则水平旋转该瞄准装置，使其瞄准视线与该树高部位的圆弧相切，量测该瞄准装置的旋转角度（γ₁），继续水平旋转该瞄准装置，使其瞄准视线与该部位另一侧圆弧相切，量测该瞄准装置的旋转角度（γ₂），控制系统计算出该树高部位的立木直径并输出。

2.根据权利要求1所述的一种目标位置、树高和直径的测量方法，其特征在于：所述测点上的瞄准装置还包含指南针单元，用来确定初始方向与正北方向的夹角，将目标的相对位置转换成相对坐标。

3.根据权利要求1所述的一种目标位置、树高和直径的测量方法，其特征在于：所述测点上的瞄准装置还包含指南针单元和卫星定位单元，用来确定初始方向与正北方向的夹角、以及获得测点在通用坐标系中的绝对坐标，将目标的相对位置转换为通用坐标系中的绝对坐标。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种目标位置、树高和直径的测量方法，其特征在于：所述两个瞄准装置中的瞄准单元是激光发射器或成像设备，当瞄准单元是成像设备时，目标上瞄准点所成的像要在图像正中央。

5.一种目标位置、树高和直径的测量系统，其特征在于：包括两个包含瞄准单元、旋转驱动单元和竖直角度测量单元的瞄准装置，其中测量时位于测点正上方的瞄准装置还带有包含水平角度测量单元和倾角测量单元的连接器，旋转驱动单元用于驱动瞄准单元水平或竖直方向旋转，所述两个瞄准装置通过一长杆连接在一起；

旋转控制模块，用于控制和驱动旋转驱动单元；

按键模块，用于输入数据及按键信息；

数据处理模块，用于存储数据、接收按键信息及角度测量单元量测的数据并进行计算，得出目标的位置信息；

显示模块，用于接收数据处理模块的计算结果并将其显示。

6.根据权利要求5所述的一种目标位置、树高和直径的测量系统，其特征在于：还包含通信模块，用于数据处理模块与外部设备或/和瞄准装置之间进行数据传输。

7.根据权利要求5所述的一种目标位置、树高和直径的测量系统，其特征在于：所述测量时位于测点正上方的瞄准装置还包含指南针单元，该指南针单元量测的数据传输给数据处理模块以得到目标的相对坐标。

8.根据权利要求5所述的一种目标位置、树高和直径的测量系统，其特征在于：所述测量时位于测点正上方的瞄准装置还包含指南针单元和卫星定位单元，这两个单元量测的数据传输给数据处理模块以得到目标的绝对坐标。

9.根据权利要求5、6、7或8所述的一种目标位置、树高和直径的测量系统，其特征在于：所述两个瞄准装置中的瞄准单元是激光发射器或成像设备。

10.根据权利要求5、6、7或8所述的一种目标位置、树高和直径的测量系统，其特征在于：一个或两个所述瞄准装置从所述测量系统中分离出来，此时所述两个瞄准装置均带有包含水平角度测量单元和倾角测量单元的连接器，各分离部分均包含内部通信单元，内部通信单元用于与数据处理模块和旋转控制模块交换信息，各角度测量单元通过内部通信单元输出角度信号给数据处理模块，旋转控制模块通过内部通信单元输出旋转控制信号给所述瞄准装置的旋转驱动单元。