陈晓东 宁鹏 苗科 李浩浩 郝慧荣

摘要：指出了测量是贯穿于森林资源调查、规划、林业各项工程施工、监浏等全过程的最基础工序，该工序完成的准确性和实用性对林业各项工作的成效影响很大。介绍了一种基于超声波测距原理的测量工具，Vertex 1V;fv Transponder T3，通过该组工具的配合使用，可方便、快捷、科学、高效地完成林业外业工作中常用的树高、距离、角度、断面积的测童工作，尤其适合样圆法调查。提出了该组测量仪器使用的注意事项，希望对相关工作提供借鉴和参考。

关键词：Vertex Ⅳ工具;Transponder T3工具;超声波测距;测量

中图分类号：S750 文獻标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）22-0175-02

1 引言

测量，是贯穿于森林资源调查、规划、林业各项工程施工、监测等全过程的最基础工序，传统外业调查中，测距主要靠测绳完成，测树高和坡度靠估测完成，所得数据质量不高，严重制约了林业各项工作，引入科学的量测工具，可以提高林业调查的质量和效率川，进而促进林业全过程整体质量的提升。

2 Vertex Ⅳ、Transponder T3组件外观

特征和功能简述

Vertex Ⅳ、Transponder T3是由瑞典Haglf公司生产的一组测量工具。该组测量工具在林业上主要用来测树高，也能被用来测量距离、水平距离、角度等。

2.1 Vertex Ⅳ外观特征和功能简述

Vertex Ⅳ有两个方向键（DME键和IR键）和一个开机键（ON键）。

方向键用来选择各菜单项和设置各项参数，同时按两个方向键可以关闭仪器（或者60s之内无操作，该仪器可自动关闭）。ON键用来开机、确认各项参数和确认瞄准目标。

Vertex Ⅳ供电采用1节1.5VAA碱性电池（5号），正极朝里，正常情况下1节电池可以维持仪器正常运转几周甚至几个月。经实际使用验证，续航时间至少可以达到3个月。

温度传感器用来监测外界温度，由于Vertex Ⅳ是通过超声波的发射和接收过程来测定距离，而温度、湿度、气压、噪音会影响超声波传输，其中温度对超声波传输的影响最大，为解决这个问题，该仪器内置了温度补偿机制并通过校验过程来确保数据的准确性。

Vertex Ⅳ长8cm，宽5cm，厚3cm，并在电池后盖位置设有方便携带的挂绳，适合野外作业。

2.2 Transponder T3及其配件外观及功能简述

T3应答器通过超声波的收发与Vertex Ⅳ配合使用，开启状态下T3会不间断无规则的发出“嘀”响。该圆形应答器直径6cm，厚度3cm，内设的扬声器可以指征该应答器是否被开启。

T3上不设开关，只能通过Vertex Ⅳ上的DME键来开启或关闭。开启方法：T3关闭状态下，将VertexⅣ和T3上的扬声器口两两相对，长按Vertex Ⅳ上的DME键直到T3发出“嘀嘀”两声响。关闭方法：将Vertex Ⅳ和T3上的扬声器口两两相对，长按VertexⅣ上的DME键直到T3发出“嘀嘀嘀嘀”四声响。

T3采用1节1.5VAA碱性电池（5号）供电，整个T3后盖可以旋开以更换电池。

T3设有固定钩和固定卡扣，方便将设备固定在待测物体表面（林业上主要是树皮上），T3应答器可以接收60°范围的信号。在测量高度时，T3放置的高度应与内设的T.HEIGHT值一致，为高度测量提供一个固定的高度参考。

3 Vertex Ⅳ、Transponder T3及其配件的使用方法

3.1 校准

校验所产生的误差将将作为系统误差永久存在，所以高质量的校验工作很有必要。因为温度对超声波的传播影响较大[2]，在进行校验前应给仪器10min的时间去适应外界温度。

校验时，首先开启Vertex Ⅳ、Transponder T3，使二者处于同一高度，在T3和Vertex Ⅳ前端之间使用测绳确定出一个准确的10m距离。确定好之后，打开Vertex Ⅳ翻到校验（CALIBRATE）选项并进入，按ON键，仪器将会以T3和Vertex Ⅳ之间的距离为标准校验到10m整，以后的距离测量也将以此次的校验结果为标准。

3.2 测量距离

Vertex Ⅳ在关闭状态下，瞄准T3，仅按一次DME键，可以触发Vertex Ⅳ的距离测量功能并在显示器上显示量测到的距离结果。

3.3 测量角度

开启Vertex Ⅳ并转到角度（ANGLE）菜单，瞄准T3，长按ON键直到红十字丝消失。角度值同时显示角度（Degree 0-360），斜度（Gradient 0～400），百分度（%0～100）3种表达格式。

3.4 测量水平距

开启Vertex W并转到角度（ANGLE）菜单，测量完角度值后，将Vertex N保持在刚刚测定角度时的位置，同时按DME键一次，所得距离即为Vertex Ⅳ到T3之间的水平距离。

3.5 测量高度

树高是进行蓄积量、生长量测算的重要参数，传统测量中采用对比估计法所得的树高数据质量参差不齐[3]，使得在此基础上得到的调查数据甚至后期的规划数据的可信度降低[4]。该仪器测量树高基于三角函数原理，测量结果科学可靠。测量树高步骤如下。

①开启T3，将其固定于树干上，高度与内设的T.HEIGHT值（默认为1.3m）一致。

②按ON键开启Vertex Ⅳ，转到树高（HEIGHT）选项，透过瞄准镜中的红十字丝对准T3超声波接收口，长按ON键直到红十字丝消失，释放ON键，红十字丝变成闪烁状态。

③保持红十字丝闪烁状态，瞄准要测定的高度位置，长按ON键直到红十字丝消失，则第一个高度值被锁定并在显示屏上显示出来，重复该步骤可多次测量不同高度。

3.6 计算断面积系数（BAF）最小计入胸径值

Vertex Ⅳ内置了公顷断面积G测量功能，内置的角规常数F值包含从0.5、1.0、2.0一直到9.0，共计10个F值。通过准确测量样木距离样点中心的距离S，Vertex Ⅳ能提供允许计入绕测值Zi的样木最小胸径值D（min），如果该样木胸径D大于最小胸径值D（min），則计入1;如果等于，则计入0.5;如果小于，则计入0。

公顷断面积G=角规常数F·绕测计数和∑Zi

样木最小胸径值D（min）=S·√F/50，单位都是厘米（cm）.如角规常数为1，则距离样圆中心点10m（S值）处的样木最小计入胸径为20cm，如果该样木胸径小于20cm则不计入;如果等于20cm则计入0.5;如果大于20cm则计入1。

通过分树种，分径阶记录绕测计数值Zi，可得到林分的公顷蓄积量，分树种平均胸径，平均树高，树种组成和各树种株数等数据。

4 使用注意事项

为得到准确树高值，观测者距离被测树的距离应与被测树高大致相等，这个距离范围内观测者可以获得最优视角，能够同时方便的观测到T.HEIGHT位置和树梢。

Vertex Ⅳ测量高度时默认被测量物体垂直于地面，假如一棵树是斜着生长的，用该方法测定的高度为只能是垂直高度，比实际的树高小。

进行测量前，应给仪器足够的时间适应外界环境，最好在当时测量的环境下进行一次校验。

在测量样木至样点中心的距离时，应准确测量样木中心（默认为1.3m树高处树干中心）至样点中心的距离。

5 结语

林业外业测量环境复杂多样，部分地区坡度大，地形破碎，下木灌木层密集分布，使用传统工具量测费时费力，需科学计算器的协助才能准确测量水平距离，树高量测只能依靠估计，准确度不足，严重制约了林业各项工作的顺利开展。后续引进的激光点测、红外测量等方法经实地测验，只有在极为空旷的林分中才能正常使用，无法大面积推广。

引入现代调查方法和仪器是现代林业的普遍要求[5]，Vertex Ⅳ和T3通过超声波互动方式进行配合使用，具有重量轻、体积小、方便携带、精确可靠的优点[6]，可以代替传统测量中的罗盘、花杆和测绳，能方便准确地测量出树高和水平距等常用参数，非常适合外业量测量具有一定的推广意义。

参考文献：

[1]刘达，殷建良，熊康军.LIDAR在林业测量中的应用和研究[J].测绘与空间地理信息，2008（1）：115～119.

[2]范百兴，谢孟利，杨再华，等.工业测量全站仪坐标测量精度检定方法[J].测绘科学技术学报，2015（3）：226～230.

[3]刘绍娟.森林资源规划设计调查的关键技术、存在的问题及对策[J].林业建设，2017（4）：46～49.

[4]蔡菊.有关森林资源规划设计调查相关技术问题的探讨[J].中国科技投资，2016（13）.

[5]郭意明.森林资源规划设计调查中“3S”技术的运用[J].林业勘查设计，2018（3）：55～57.

[6]潘晓荣.浅析超声波测距系统[J].科技风，2016（23）：74.

收稿日期：2019-11-04

基金项目：中德合作山西森林可持续经营技术示范林场建设项目（编号：W-CHN19-01）

作者简介：陈晓东[1988-），男，工程师，硕士，研究方向为森林培育。