Способ определения объемов стволов растущих деревьев

 

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.

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 hf (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= kg (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=kh_o (4)
Это соотношение подставляется в формулу (I), которая, таким образом принимает следующий вид:
v hk 0,785Kh_кd²_к
(5)
Безразмерная часть формулы (0,785К) объединяется в комплексный показатель формы и полнодревесности ствола новое видовое число. После этого выражение (5) приобретает вид формулы (3).

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= (₁+ ₂+.+ _n) l + V_b (6), где ₁, ₂, _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.

Формула изобретения

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_нh_кd²_к,
где f_н новое видовое число;
H_к высота ствола от шейки корня до точки касания прямой с формообразующей кривой;
d_к диаметр ствола в точке касания прямой и формообразующей кривой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8