СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
METHOD OF MEASUREMENT OF BIOMETRIC PARAMETERS OF WOOD PLANTS

Изобретение относится к способу измерения биометрических параметров древесных растений при проведении научных исследований и инвентаризации зеленых насаждений в условиях урбанизированной среды, а также в лесной отрасли при выполнении таксационных обследований.
При таксации городских насаждений замеряются следующие биометрические параметры: высота дерева от основания до верхушечной части кроны, максимальный диаметр кроны в двух взаимно перпендикулярных направлениях, диаметр ствола на высоте 1,3 м.
Известен способ измерения биометрических параметров растущего дерева при помощи высотомера Христена [1, 2]. Способ заключается в том, что к дереву прислоняют шест известной длины (1,5-2 м), по которому осуществляют визирование. Специалист отходит на удобное для визирования расстояние и визирует высотомер по трем точкам. Значение высоты дерева определяют по шкале Христена.
Недостатком способа является то, что он позволяет определить только высоту дерева. Сложность использования данного способа заключается в одновременном визировании трех точек, при этом дрожание руки сказывается на точности измерения. Погрешность измерений в значительной степени зависит от правильной установки шеста.
Известен способ измерения таксационных характеристик с помощью видеосъемки [3]. Способ измерения относится к группе безбазисных методов, т.е. для определения таксационных параметров не требуется измерение расстояния от объекта до места видеосъемки. При этом способе рабочий производит измерение диаметра ствола дерева мерной вилкой, затем таксатор делает видеосъемку дерева, так чтобы все дерево целиком вмещалось в кадр, при этом таксатор диктует в микрофон видеокамеры номера газона и дерева, его породу и состояние, а также диаметр дерева, определенный рабочим. После этого съемка дерева прекращается и таксатор с рабочим переходят к другому дереву. Отснятый материал подвергается обработке в камеральных условиях. Полученные видеоматериалы подвергаются раскадровке и затем производят обработку полученных результатов на компьютере. Для этого изображение дерева, снятого видеокамерой, с помощью видеобластера вносится в память компьютера и выводится на монитор компьютера. С помощью графического редактора измеряются относительные координаты основания дерева, вершины дерева и головы человека.
По формуле вычисляется высота дерева.
H=(T/P)*L,
где H - высота дерева, м; T - разность относительных координат между основанием дерева и головой человека, стоящего рядом с деревом; L - рост человека, м.
Аналогично определяются параметры кроны.
Способ позволяет отказаться от измерения высоты дерева высотомером и оценить габитус деревьев, а также параметры кроны.
Недостатками вышеуказанного способа является то, что:
- измерения проводят два человека: таксатор и его помощник. Во время видеосъемки помощник переходит от растения к растению. Вертикальная проекция тела помощника используется как масштабный объект. Для сохранения устойчивого положения помощник может отклониться от вертикального положения, а его проекция будет иметь величину, отличную от высоты человека, которая складывается из его роста, высоты обуви и головного убора. К тому же помощник стоит на земле, которая, как правило, покрыта травой либо снежным покровом, что затрудняет определение опорной точки. Данные обстоятельства влияют на погрешность измерений;
- использование дополнительной рабочей единицы повышает стоимость работ по инвентаризации объектов озеленения;
- в камеральных условиях появляется дополнительный этап обработки отснятого материала - раскадровка видеоматериала и выбор наиболее подходящих кадров. Работы становятся более трудоемкими, что приводит к дополнительному удорожанию.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении точности измерения биометрических параметров древесных растений и упрощении процесса измерения.
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом измерения, состоит в повышении точности измерения биометрических параметров за счет автоматической установки масштабного шеста в вертикальное положение, возможности изменять свою длину и установления границ масштабного устройства, сокращении времени на обработку материала, снижении затрат на проведение инвентаризации объектов озеленения города.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе измерения биометрических параметров древесных растений, включающем установку масштабного устройства возле дерева, съемку древесного растения вместе с масштабным устройством таким образом, чтобы все дерево целиком вмещалось в кадр, и масштабирование путем обработки полученных материалов с помощью компьютера, установку масштабного устройства в вертикальное положение производят путем смещения центра тяжести в нижнюю точку масштабного устройства, съемку проводят фотографированием, а установление границ масштабного устройства производят путем визуального определения нижней и верхней границ масштабного устройства, приподнятого над поверхностью земли на такое расстояние, при котором видны нижний и верхний края масштабного устройства.
Фотографирование проводят с указанием инвентаризационного номера дерева на масштабном устройстве.
Самоустановка масштабного устройства в вертикальное положение путем смещения центра тяжести масштабного устройства относительно земли способствует возможности устройства сохранять вертикальное положение, тем самым произвести точные расчеты параметров древесного растения, и снижает погрешность в расчетах.
Установка устройства и фотосъемка объекта могут производиться одним человеком, что значительно снижает стоимость работ.
На фиг.1 представлен общий вид масштабного устройства; на фиг.2 представлена расстановка линий на фотографии; на фиг.3 - изображение отрезков на фотоснимке; на фиг.4 - составление расчетной ведомости в среде программы MS Excel.
Способ измерения биометрических параметров древесных растений при помощи фотосъемки безбазисным методом заключается в следующем. Масштабное устройство устанавливают на одной линии с растением, перпендикулярной направлению оси фотографирования. За счет смещения центра тяжести масштабного устройства относительно земли происходит самоустановка масштабного устройства в вертикальное положение. Затем выставляют на планшете необходимую информацию (порядковый номер дерева, номер обследуемого участка, диаметр ствола дерева на высоте 1,3 м). С достаточного расстояния производят фотосъемку объекта. Фотосъемку древесного растения вместе с масштабным устройством производят таким образом, чтобы все растение целиком вмещалось в кадр. Обработку материалов проводят в камеральных условиях. Полученный снимок загружают в среду графического редактора, дающего возможность «послойно» наносить изображения (например, отрезок, линию, окружность, квадрат и т.д.), изменять свойства изображения и проводить их измерения. Снимок также может быть обработан в любой системе автоматизированного проектирования (САПР). Использование цифровой фотокамеры высокого разрешения (планшетного компьютера) позволяет в камеральных или полевых условиях приступить непосредственно к расчетам без дополнительных операций по предварительной обработке.
В графическом редакторе поверх снимка изображают необходимые отрезки и рассчитывают их размеры: отрезок, повторяющий изображение шеста; отрезки искомых параметров древесных растений (высота растения, высота штамба, диаметр кроны, высота до максимального диаметра кроны и др.).
Расчеты проводятся по формуле и заносятся в ведомость обследования:
<mrow><msub><mi>Y</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>L</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mi>l</mi></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
i
где Y - искомый параметр, м;
L - высота масштабного шеста, м;
i
y - длина отрезка искомого параметра в графическом редакторе на фотографии;
l - длина отрезка шеста в графическом редакторе.
Пример 1
Для проведения научных исследований и инвентаризации зеленых насаждений в условиях урбанизированной среды необходимо составить план исследуемого объекта озеленения. В зависимости от площади объект озеленения может быть разбит на участки, как правило, это площади газонного покрытия, разделенные между собой дорожно-тропиночной сетью. На выделенном участке нумеруются древесные растения. Намечается маршрут обхода объекта озеленения.
На участке специалист устанавливает масштабное устройство длиной 1,5 м, поднятое над поверхностью земли, чтобы нижняя и верхняя части точно просматривались в объективе фотоаппарата, на одной линии с древесным растением, перпендикулярной направлению оси фотографирования. Исследуемый объект - тополь бальзамический. Диаметр ствола на высоте 1,3 м составляет 18 см. Диаметр ствола записывается в ведомость обследования. Порядковый номер растения - 1 и номер участка - 2. Специалист отходит на расстояние, чтобы исследуемый объект полностью помещался в объектив фотокамеры, а верхняя часть масштабного устройства находилась в центральной части кадра, и производит фотографирование объекта исследования.
В камеральных условиях фотография с изображением древесного растения подвергается обработке в графическом редакторе или в системе автоматизированного проектирования (САПР). Рассмотрим обработку фотоизображения в системе САПР. Создаем чертеж, в который вставляем полученное фотоизображение. На новом виде изображаем вертикальный отрезок l, повторяющий изображение масштабного устройства, величина которого составляет 92,66 мм.
1
2
i
На фотоизображении проводим отрезки и измеряем длину отрезков искомых биометрических параметров растения: y=376, 73 мм (высота дерева - вертикальный отрезок от основания растения до горизонтальной касательной к верхушке кроны растения); y=154,71 мм (максимальный диаметр кроны - горизонтальный отрезок между вертикальными касательными к краям кроны растения). В расчетной ведомости расчеты значений натурных параметров Y вычисляются по формуле:
<mrow><msub><mi>Y</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>L</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mi>l</mi></mfrac></mrow>
,
i
где Y - натурный параметр, м;
L - длина масштабного шеста, м;
i
y - длина отрезка искомого параметра в графическом редакторе на фотографии;
l - длина отрезка масштабного шеста в графическом редакторе.
1
Высота дерева, Y, составляет:
<mrow><msub><mi>Y</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1,5</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>⋅</mo><mn>376,73</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow><mrow><mn>92,66</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>6,09</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
2
Максимальный диаметр кроны, Y, составляет:
<mrow><msub><mi>Y</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1,5</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>⋅</mo><mn>154,71</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow><mrow><mn>92,66</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi><mi>м</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>2,5</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
Значения натурных параметров заносятся в ведомость обследования.
В заявленном решении масштабное устройство позволяет проводить работы по паспортизации городских объектов озеленения без участия дополнительной рабочей силы с необходимой и достаточной точностью измерений, которая достигается благодаря автоматической установке устройства в вертикальное положение. Исключение единицы рабочей силы снижает стоимость работ при инвентаризации объектов озеленения в урбанизированной среде.
Источники информации
1 Анучин, Н.П. Лесная таксация: учебник для вузов - 5-е изд. доп. / Н.П. Анучин - М: Лесная промышленность, 1982. - 552 с.
2. Сергеев, П.Н. Лесная таксация / П.Н. Сергеев - М: Гослесбумиздат, 1953. - 311 с.).
3. Артемьев, О.С. Методы таксации городских насаждений: Монография / О.С. Артемьев. - Красноярск: СибГТУ, 2003. - 100 с.