Vertex Ⅳ、Transponder T3在林業上的使用

陳曉東 寧鵬 苗科 李浩浩 郝慧榮

摘要：指出了測量是貫穿于森林資源調查、規劃、林業各項工程施工、監瀏等全過程的最基礎工序，該工序完成的準確性和實用性對林業各項工作的成效影響很大。介紹了一種基于超聲波測距原理的測量工具，Vertex 1V;fv Transponder T3，通過該組工具的配合使用，可方便、快捷、科學、高效地完成林業外業工作中常用的樹高、距離、角度、斷面積的測童工作，尤其適合樣圓法調查。提出了該組測量儀器使用的注意事項，希望對相關工作提供借鑒和參考。

關鍵詞：Vertex Ⅳ工具;Transponder T3工具;超聲波測距;測量

中圖分類號：S750 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）22-0175-02

1 引言

測量，是貫穿于森林資源調查、規劃、林業各項工程施工、監測等全過程的最基礎工序，傳統外業調查中，測距主要靠測繩完成，測樹高和坡度靠估測完成，所得數據質量不高，嚴重制約了林業各項工作，引入科學的量測工具，可以提高林業調查的質量和效率川，進而促進林業全過程整體質量的提升。

2 Vertex Ⅳ、Transponder T3組件外觀

特征和功能簡述

Vertex Ⅳ、Transponder T3是由瑞典Haglf公司生產的一組測量工具。該組測量工具在林業上主要用來測樹高，也能被用來測量距離、水平距離、角度等。

2.1 Vertex Ⅳ外觀特征和功能簡述

Vertex Ⅳ有兩個方向鍵（DME鍵和IR鍵）和一個開機鍵（ON鍵）。

方向鍵用來選擇各菜單項和設置各項參數，同時按兩個方向鍵可以關閉儀器（或者60s之內無操作，該儀器可自動關閉）。ON鍵用來開機、確認各項參數和確認瞄準目標。

Vertex Ⅳ供電采用1節1.5VAA堿性電池（5號），正極朝里，正常情況下1節電池可以維持儀器正常運轉幾周甚至幾個月。經實際使用驗證，續航時間至少可以達到3個月。

溫度傳感器用來監測外界溫度，由于Vertex Ⅳ是通過超聲波的發射和接收過程來測定距離，而溫度、濕度、氣壓、噪音會影響超聲波傳輸，其中溫度對超聲波傳輸的影響最大，為解決這個問題，該儀器內置了溫度補償機制并通過校驗過程來確保數據的準確性。

Vertex Ⅳ長8cm，寬5cm，厚3cm，并在電池后蓋位置設有方便攜帶的掛繩，適合野外作業。

2.2 Transponder T3及其配件外觀及功能簡述

T3應答器通過超聲波的收發與Vertex Ⅳ配合使用，開啟狀態下T3會不間斷無規則的發出“嘀”響。該圓形應答器直徑6cm，厚度3cm，內設的揚聲器可以指征該應答器是否被開啟。

T3上不設開關，只能通過Vertex Ⅳ上的DME鍵來開啟或關閉。開啟方法：T3關閉狀態下，將VertexⅣ和T3上的揚聲器口兩兩相對，長按Vertex Ⅳ上的DME鍵直到T3發出“嘀嘀”兩聲響。關閉方法：將Vertex Ⅳ和T3上的揚聲器口兩兩相對，長按VertexⅣ上的DME鍵直到T3發出“嘀嘀嘀嘀”四聲響。

T3采用1節1.5VAA堿性電池（5號）供電，整個T3后蓋可以旋開以更換電池。

T3設有固定鉤和固定卡扣，方便將設備固定在待測物體表面（林業上主要是樹皮上），T3應答器可以接收60°范圍的信號。在測量高度時，T3放置的高度應與內設的T.HEIGHT值一致，為高度測量提供一個固定的高度參考。

3 Vertex Ⅳ、Transponder T3及其配件的使用方法

3.1 校準

校驗所產生的誤差將將作為系統誤差永久存在，所以高質量的校驗工作很有必要。因為溫度對超聲波的傳播影響較大[2]，在進行校驗前應給儀器10min的時間去適應外界溫度。

校驗時，首先開啟Vertex Ⅳ、Transponder T3，使二者處于同一高度，在T3和Vertex Ⅳ前端之間使用測繩確定出一個準確的10m距離。確定好之后，打開Vertex Ⅳ翻到校驗（CALIBRATE）選項并進入，按ON鍵，儀器將會以T3和Vertex Ⅳ之間的距離為標準校驗到10m整，以后的距離測量也將以此次的校驗結果為標準。

3.2 測量距離

Vertex Ⅳ在關閉狀態下，瞄準T3，僅按一次DME鍵，可以觸發Vertex Ⅳ的距離測量功能并在顯示器上顯示量測到的距離結果。

3.3 測量角度

開啟Vertex Ⅳ并轉到角度（ANGLE）菜單，瞄準T3，長按ON鍵直到紅十字絲消失。角度值同時顯示角度（Degree 0-360），斜度（Gradient 0～400），百分度（%0～100）3種表達格式。

3.4 測量水平距

開啟Vertex W并轉到角度（ANGLE）菜單，測量完角度值后，將Vertex N保持在剛剛測定角度時的位置，同時按DME鍵一次，所得距離即為Vertex Ⅳ到T3之間的水平距離。

3.5 測量高度

樹高是進行蓄積量、生長量測算的重要參數，傳統測量中采用對比估計法所得的樹高數據質量參差不齊[3]，使得在此基礎上得到的調查數據甚至后期的規劃數據的可信度降低[4]。該儀器測量樹高基于三角函數原理，測量結果科學可靠。測量樹高步驟如下。

①開啟T3，將其固定于樹干上，高度與內設的T.HEIGHT值（默認為1.3m）一致。

②按ON鍵開啟Vertex Ⅳ，轉到樹高（HEIGHT）選項，透過瞄準鏡中的紅十字絲對準T3超聲波接收口，長按ON鍵直到紅十字絲消失，釋放ON鍵，紅十字絲變成閃爍狀態。

③保持紅十字絲閃爍狀態，瞄準要測定的高度位置，長按ON鍵直到紅十字絲消失，則第一個高度值被鎖定并在顯示屏上顯示出來，重復該步驟可多次測量不同高度。

3.6 計算斷面積系數（BAF）最小計入胸徑值

Vertex Ⅳ內置了公頃斷面積G測量功能，內置的角規常數F值包含從0.5、1.0、2.0一直到9.0，共計10個F值。通過準確測量樣木距離樣點中心的距離S，Vertex Ⅳ能提供允許計入繞測值Zi的樣木最小胸徑值D（min），如果該樣木胸徑D大于最小胸徑值D（min），則計入1;如果等于，則計入0.5;如果小于，則計入0。

公頃斷面積G=角規常數F·繞測計數和∑Zi

樣木最小胸徑值D（min）=S·√F/50，單位都是厘米（cm）.如角規常數為1，則距離樣圓中心點10m（S值）處的樣木最小計入胸徑為20cm，如果該樣木胸徑小于20cm則不計入;如果等于20cm則計入0.5;如果大于20cm則計入1。

通過分樹種，分徑階記錄繞測計數值Zi，可得到林分的公頃蓄積量，分樹種平均胸徑，平均樹高，樹種組成和各樹種株數等數據。

4 使用注意事項

為得到準確樹高值，觀測者距離被測樹的距離應與被測樹高大致相等，這個距離范圍內觀測者可以獲得最優視角，能夠同時方便的觀測到T.HEIGHT位置和樹梢。

Vertex Ⅳ測量高度時默認被測量物體垂直于地面，假如一棵樹是斜著生長的，用該方法測定的高度為只能是垂直高度，比實際的樹高小。

進行測量前，應給儀器足夠的時間適應外界環境，最好在當時測量的環境下進行一次校驗。

在測量樣木至樣點中心的距離時，應準確測量樣木中心（默認為1.3m樹高處樹干中心）至樣點中心的距離。

5 結語

林業外業測量環境復雜多樣，部分地區坡度大，地形破碎，下木灌木層密集分布，使用傳統工具量測費時費力，需科學計算器的協助才能準確測量水平距離，樹高量測只能依靠估計，準確度不足，嚴重制約了林業各項工作的順利開展。后續引進的激光點測、紅外測量等方法經實地測驗，只有在極為空曠的林分中才能正常使用，無法大面積推廣。

引入現代調查方法和儀器是現代林業的普遍要求[5]，Vertex Ⅳ和T3通過超聲波互動方式進行配合使用，具有重量輕、體積小、方便攜帶、精確可靠的優點[6]，可以代替傳統測量中的羅盤、花桿和測繩，能方便準確地測量出樹高和水平距等常用參數，非常適合外業量測量具有一定的推廣意義。

參考文獻：

[1]劉達，殷建良，熊康軍.LIDAR在林業測量中的應用和研究[J].測繪與空間地理信息，2008（1）：115～119.

[2]范百興，謝孟利，楊再華，等.工業測量全站儀坐標測量精度檢定方法[J].測繪科學技術學報，2015（3）：226～230.

[3]劉紹娟.森林資源規劃設計調查的關鍵技術、存在的問題及對策[J].林業建設，2017（4）：46～49.

[4]蔡菊.有關森林資源規劃設計調查相關技術問題的探討[J].中國科技投資，2016（13）.

[5]郭意明.森林資源規劃設計調查中“3S”技術的運用[J].林業勘查設計，2018（3）：55～57.

[6]潘曉榮.淺析超聲波測距系統[J].科技風，2016（23）：74.

收稿日期：2019-11-04

基金項目：中德合作山西森林可持續經營技術示范林場建設項目（編號：W-CHN19-01）

作者簡介：陳曉東[1988-），男，工程師，碩士，研究方向為森林培育。