Приборы для измерения толщины деревьев
Толщину (диаметр) растущих или сваленных деревьев измеряют лесной мерной вилкой (рисунок 4.2). В прежние времена ею также измеряли высоту растущих деревьев. Лесная мерная вилка – основной инструмент, применяемый при таксационных работах.
Рисунок 4.2 Мерные вилки
а), б), в) – традиционная мерная вилка; г) - угловая мерная вилка; д) - стержневая мерная вилка
За длительный период развития таксационной техники сконструирован много разнообразных мерных вилок. Все их разнообразие можно свести к трем типам, схематическое изображение которых дано на рисунке 4.2.
Вилки первого типа состоят из мерной линейки с нанесенной на нее шкалой и двух параллельных брусков. Один из них неподвижно под прямым углом соединен с концом линейки. Второй брусок перемещается по линейке соответственно величине измеряемого диаметра ствола.
Вилку второго типа образуют закрепленные на линейке два бруска, являющиеся гранями угла величиной 120˚. При этой конструкции вилок диаметр ствола определяется путем измерения хорд круга.
Вилки третьего типа состоят из стержня, двух закрепленных на нем брусков, образующих острый угол, и подвижного штока, входящего внутрь стержня. По длине отрезка штока от боковой поверхности ствола до стержня вилки определяют диаметр ствола. В вилке этой конструкции возможна замена штока мерной нитью, огибающей часть окружности ствола, входящую в раствор вилки.
У стволов, имеющих гладкую кору и поперечное сечение, близкое по форме к кругу, диаметры измеряются с одинаковой точностью мерными вилками всех трех типов. При наличии существенных отклонений поперечных сечений стволов от формы круга с наибольшей точностью определяется толщина стволов мерной вилкой первого типа.
Наибольшее распространение получили мерные вилки первого типа. Традиционно (с XIX века) эти вилки изготавливались из дерева. У них линейка имеет трапециодальное поперечное сечение, в котором одна узкая сторона (кромка) перпендикулярна широким сторонам. На широких сторонах линейки сделаны выемки глубиной 1 мм (рисунок 4.2 - а, б), в которых нанесены перпендикулярно ее длине деления: с одной стороны сантиметровые, где цифры даны через 4 см, с другой полусантиметровые – с цифрами через 2 см.
У мерной вилки неподвижная ножка с утолщенным и уширенным основанием изготовлена из одного куска дерева. В основании ножки выдолблено сквозное продолговатое отверстие, в которое плотно входит конец линейки и скрепляется с ней двумя шурупами. Подвижная ножка также изготовлена из одного куска дерева. Один конец уширен. В нем сделан прямоугольный вырез, которым ножка надевается на линейку. Вырез с одной стороны закрыт съемной деревянной планкой, которая прикреплена к уширенной части ножки шестью шурупами. Вырез должен быть такого размера, чтобы ножка свободно передвигалась по всей длине линейки и в то же время плотно прилегала к ней, а рабочая плоскость ножки при всех положениях оставалась перпендикулярной линейки.
Подвижная ножка вследствие набухания и ссыхания деревянных частей расшатывается и образует с линейкой угол, который бывает больше или меньше прямого. Для устранения этого недостатка вырез в подвижной ножке делают несколько больших размеров и помещают в нем металлический вкладыш, снабженный пружинками и стопорным винтом с барашком. При завинчивании стопорного винта вкладыш плотно закрепляет подвижную ножку в любом месте линейки перпендикулярно ей. При набухании деревянных частей линейки вкладыш отводят с помощью винта назад.
Плоскости рабочих сторон ножек перпендикулярны линейке. При полном сближении обеих ножек их рабочие плоскости плотно соприкасаются. При измерении толщины дерева подвижную ножку отводят по линейке в сторону, и ствол заключают между неподвижной и подвижной ножками. Толщину дерева определяют по линейке, на которую насажены ножки.
Для измерения толщины растущих деревьев устанавливают градации или, как их называют, ступени толщины в 2 или 4 см. Доли, составляющие меньше половины этих градаций, при измерении диаметров отбрасывают, а больше половины – принимают за целые числа.
Если на мерную вилку нанесены все деления подряд, начиная от 1 см, это затрудняет работу, так как при измерениях приходится каждый раз соображать, что сделать с неполной, дробной частью ступени, т.е. когда следует ее отбросить и когда считать за целое. Поэтому на одну из линеек мерной вилки обычно наносят деления с округлением.
Из изложенного видно, что конструкций мерных вилок очень много. Они отличаются не только по устройству, но и по материалу, из которого изготовлены. В XIX и первой половине ХХ века наиболее распространенными были деревянные мерные вилки, хотя встречались и металлические. Традиционная мерная вилка, которая еще в СССР была стандартизирована, имела вид, показанный на рисуноке 4.3.
Стандартная мерная вилка на продольной планке обычно имеет 2 шкалы. Одна из них представляет собой обычную линейку, размеченную через 2 см. точка нуля (0) находится на пересечении неподвижной ножки и измерительной планки (рисунок 4.3).
На другой стороне измерительной планки деления нанесены с округлением, через 4 см. Шкала построена таким образом, что мы сразу считываем толщину дерева, округленную до 4 см, т.е. определяем 4-см ступени толщины. Шкала 4-х см ступеней толщины показана в таблице 4.1.
Длина измерительной планки деревянных мерных вилок (в довоенные годы и до 70-х годов) обычно составляла 1 м и больше. В настоящее время из-за измельчания лесосечного фонда длина линеек пластмассовых мерных вилок обычно равна 60 – 64 см.
Рисунок 4.3 Стандартная традиционная мерная вилка
Автору учебного пособия неоднократно приходилось отвечать на вопросы, задаваемые не только лесниками, но и мастерами леса: «На мерной вилке есть две шкалы. Какая из них правильная?» Приходилось приводить вышеприведенные объяснения, поясняя, что верны обе шкалы, но шкала, градуированная через 4-х см, размечена с округлением.
Таблица 4.1 – Шкала 4-см ступеней толщины
| Ступень толщины, см | Интервал, см | Ступень толщины, см | Интервал, см | Ступень толщины, см | Интервал, см |
| 2,1 – 6,0 | 22,1 – 26,0 | 42,1 – 46,0 | |||
| 6,1 – 10,0 | 26,1 – 30,0 | 46,1 – 50,0 | |||
| 10,1 – 14,0 | 30,1 – 34,0 | 50,1 – 54,0 | |||
| 14,1 – 18,0 | 34,1 – 38,0 | 54,1 – 58,0 | |||
| 18,1 – 22,0 | 38,1 – 42,0 | 58,1 – 62,0 |
Измерительная планка мерной вилки, которая позволяет сразу считывать результаты по 4-см ступеням толщины, выглядит следующим образом (рисунок 4.4).
Особенностью этой шкалы является то, что на пересечении измерительной планки и неподвижной ножки, т.е. в начальной точке измерений ставится не 0, а 2 см. В результате вся шкала сдвигается на 2 см т.е. 4 см ступени толщины измеряемого дерево считываются сразу. При этом ступенью толщины будет то значение, которое видно последним перед подвижной ножкой.
Рисунок 4.4 Пример взятия отсчёта по 4-см шкале мерной вилке
Например, на рисунке 4.4 при положении подвижной ножки в положении 1 ступень толщины будет 8; в положении 2 – 12; 3 – 16; 4 – 24; 5 – 28 и т.д. Действительно, фактический диаметр дерева в положении 1 равен 9 см, что попадает в интервал 6,1 – 10,0; в положении 3 диаметр равен 18,0 см (цифра 20 не видна), т.е. попадает в интервал ступени толщины 16 (14,1 – 18,0) и т.д.
Все приведенные объяснения весьма просты. Подробное описание мерной вилки сделано потому, что при ответах студенты часто путаются в шкалах мерной вилки, в чем автору неоднократно приходилось убеждаться в процессе практических занятий, а также при переподготовке мастеров леса, помощников лесничих и даже лесничих.
С 70-х годов прошлого века мерные вилки стали делать из пластмассы. При этом часто наносили только одну 4 см шкалу. Деления на этой вилке часто выглядят очень бледно, что приводит к трудностям при считывании показателей, особенно в ельниках. В этом случае рекомендуется подновить цифры белой краской.
Кроме традиционной мерной вилки, которая описана выше, предложенно много других конструкций мерных вилок. В практике лесного хозяйства применяется мерная вилка, сконструированная научным сотрудником ВНИИЛМ В.В. Никитиным. Особенностью этой мерной вилки является то, что подвижная ножка у нее снабжена кареткой на двух шарикоподшипниках, катящихся по боковым граням линейки. В широкие стороны линейки врезана двойная масштабная шкала с миллиметровым и четырехсантиметровыми делениями. Неподвижную ножку мерной вилки закрепляют на конце линейки штифтом с барашком в следующих положениях: для измерения по миллиметровой шкале на 0 (для точных измерений) и для измерения по четырехсантиметровой шкале на делении 2 см.
Вилка конструкции В.В. Никитина изготовляется из текстолита. Этот материал прочен, обладает стойкостью против коррозии и набухания, что позволяет вести работу при дождливой погоде. Наличие шарикоподшипников в каретке подвижной ножки вилки обеспечивает легкость хода каретки и отсутствие перекосов, искажающих показания на линейке. Общая длина линейки 90 см, а ножек мерной вилки 45 см, масса мерной вилки около 600 г.
В процессе выпуска (с 70-х годов прошлого века) вилку В.В. Никитина упростили: убрали подшипники, ухудшилось написание цифр на шкале. Для того, чтобы хорошо видеть цифры, их приходится подписывать светлой краской. Текстолитовая вилка в настоящее время наиболее распространена.
Л.П. Зайченко сконструирована мерная вилка, представляющая собой дюралюминиевую линейку, на концах которой установлены ножки, шарнирно соединенные с линейкой. Шкалы для измерения диаметров нанесены на линейку вилки. При измерении диаметров левая ножка вилки фиксируется в определенном положении упором на линейке. Скошенная грань правой ножки в момент касания со стволом показывает на шкале его диаметр. Эта вилка портативна и удобна для перевозок.
Во ВНИИЛМе сконструирована мерная вилка ШИД – 05. Она представляет собой полукруг, приставляемый к дереву. Измерения (с точностью 4 см) отмечают по шкале вилки. Ее удобство в том, что ею можно сделать измерения одной рукой.
В последнее время выпущены автоматические и электронные мерные вилки. Именно эти мерные вилки в будущем станут самыми распространенными, вытеснив устаревшие приборы. Электронные мерные вилки представляют собой прибор в виде традиционной современной мерной вилки, но снабженной электронным устройством с датчиками. При измерении деревьев их толщина определяется с помощью датчиков автоматически и заносятся в электронные носители памяти (F – диск). Работу по перечету здесь может выполнять один человек. Существенно упрощается обработка данных перечета – электронное устройство вилки подключается к компьютеру, и результат выдается в автоматическом режиме. В Беларуси уже имеются электронные мерные вилки Haglof. Их широкое применение пока сдерживает высокая цена импорта – до 5 – 10 тыс. USD. Выпускают эти приборы Германия, Швеция и др.
Для обмера деревьев с помощью мерных вилок традиционных конструкций требуются два или три человека: один обмеряет деревья, другой записывает результаты обмеров в ведомость, а третий ставит отметку на дереве. В практике лесного хозяйства состав бригады варьируют от 2 до 4 человек. Обычно отметку на дереве ставит сам мерщик. При хорошей реакции в однопородном древостое или с примесью до 20 – 30 % другой породы мастер может успевать делать записи за 2 и даже 3 мерщиками. Состав бригады для проведения измерений диаметров деревьев (его называют перечетом) зависит как от возможностей записывающего, обычно мастера или помощника лесничего, так и от наличия людей (обычно лесников), которые могут быть привлечены в настоящий момент к этой работе.
Толщину растущих деревьев достаточно просто мы можем измерять не на всем протяжении ствола, а лишь в его нижней комлевой части. Толщину растущих деревьев измеряют на высоте 1,3 м от шейки корня, т.е. на высоте груди человека среднего роста. Поэтому в таксации принято называть диаметр, измеренный на высоте 1,3 м от шейки корня, диаметром на высоте груди. Его обозначают Dm, dm.
Анализируя значение отдельных таксационных показателей, отметим, что диаметр на высоте груди является наиболее легко и точно определяемым таксационным признаком. При необходимости он может измеряться у всех деревьев, тогда как все другие показатели измеряются только выборочно. Возможность простого определения диаметра позволяет вывести другие показатели с помощью статистических связей или оценить их по величине самого диаметра. Перечет деревьев в насаждении (измерение диаметров) служит основой всех других измерений и вычислений.
Имея в виду эти соображения, обмеру диаметров, как основе таксации, надлежит уделять наибольшее внимание. По мнению немецкого профессора М. Продана, направление наибольшего диаметра совпадает с направлением доминирующего ветра или с направлением склона. В связи с этим в каждом насаждении нужно определить направление наибольшего диаметра. Обмером деревьев под углом 45˚ к направлению наибольшего диаметра в значительной мере можно устранить ошибку в отклонении исчисляемых площадей сечений от истинных.
Толщину бревен большей частью измеряют в тонком конце, который принято называть верхним отрезом. Толщину верхнего отреза можно измерить несложными инструментами – мерной скобой (рисунок 4.5) или складным метром. Применяются и другие виды простых линеек.
Рисунок 4.5 Мерная скоба
Мерная скоба представляет собой брусок длиной до 80 см с нанесенными с двух противоположных сторон сантиметровыми и полусантиметровыми делениями. На одном конце мерной скобы грани округляют и придают им форму ручки. Второй конец оковывают железом, имеющим выступ. Отсчет сантиметровых делений на линейке мерной скобы ведется в направлении от железного выступа к ручке.
При обмере бревен мерную скобу прикладывают к торцу или срезу бревна так, чтобы линейка проходила посередине среза, а железный выступ или крючок упирался в край среза. Деление линейки, с которым совпадает противоположный край, показывает толщину бревна в месте обмера. Толщиной всего бревна считают среднее между его наибольшим и наименьшим диаметрами, хотя обмер обычно делают в одном избранном направлении, например с боков лежащего бревна.
Высотомеры
За 200-летний период развития таксационной техники сконструирован целый ряд высотомеров, опирающихся на геометрические и тригонометрические построения.
Подробное описание старейших конструкций высотомеров было дано еще в учебнике по лесной таксации Удо Мюллера (Muller U., Lehrbuch der Hoizmesskunde, Berlin, 1915).
Результаты исследования точности и производительности 19 высотомеров приводит Ф. Корсунь в статье «Высотомер» в чехословацком «Лесном научном словаре». В этой статье все высотомеры делятся на две группы:
а) высотомеры, требующие измерения базы, т.е, расстояния от дерева до наблюдателя;
б) высотомеры, не требующие этого измерения.
Каждая из этих двух групп в свою очередь делится на подгруппы. В конечном итоге Ф. Корсунь, проводивший исследования в 50-60 годах ХХ века, дает довольно сложную классификацию высотомеров.
Наиболее производительными он считает высотомеры второй группы. Рассматриваемым ниже конструкциям высотомеров (Блюме – Лейсса, «Метра» и др.) Ф. Корсунь дает невысокую оценку. Эти высотомеры он называет сложными, дорогими и имеющими лишь теоретическое значение. Для измерения высот деревьев Ф. Корсунь предлагает использовать эклиметры (уклономеры). Однако, по его наблюдениям, производительность обмера высот эклиметрами ниже, чем высотомерами первой группы, требующими измерения базы. В настоящее время установлено, что Ф.Корсунь ошибался, а высотомеры Блюме – Лейсса нашли широкое применение.
Профессор Жан Парде высотомерам дает следующую классификацию:
• Высотомеры, при которых измерения производятся с расстояния равного высоте деревьев, Они обоснованы на принципе подобных и равносторонних треугольников.
• Высотомеры, при которых можно производить измерения высот на любом расстоянии от дерева (высотомер Блюме – Лейсса, зеркальный высотомер Фаустмана, высотомер Вейзе и др.).
• Высотомеры, при которых не требуется измерения расстояния до дерева (высотомер Христена).
• Высотомеры, при которых не требуется измерения расстояния до дерева и не нужна рейка, приставляемая к дереву. Этот способ основан на тригонометрическом решении треугольников. Он все же сложен для практического применения.
При пользовании всеми высотомерами, если визирование проводят только на вершину дерева, к результату добавляется высота до глаза наблюдателя.
В настоящее время принцип действия высотомеров в основном основывается на решении прямоугольных или иных треугольников путем измерения одной из его сторон (катета) и острого угла.
Допустим, что нужно измерить высоту дерева, показанного на рисунке 4.6.
Для этого, отойдя от дерева на расстояние АМ=b, примерно равное высоте дерева, надо измерить каким-либо инструментом, установленным на высоте MN=l, угол α = BNC между горизонтальной линией NC и линией визирования NB. Тогда высота дерева:
AB = H = NC tgα + l= b tgα + l, где l – высота до глаз наблюдателя.
Рисунок 4.6 Схема измерения высоты дерева высотомером
Вместо непосредственного измерения величины l = СА можно измерить угол b = CNA, тогда
AC = NC tgb = b tgb;
высота Н = ВС + СА, следовательно
AB = b tgα + b tgb = Н = b(tgα + tgb).
Для того чтобы измерить дерево на пониженной поверхности земли АМ (рисунок 4.7), нужно измерить углы α и b, визируя на основание (А) и вершину дерева (В).
В этом случае
АВ = Н = NC tgα + NC tgb = NC(tgα + tgb).
Для определения длины NC надо решить треугольник AMN, в котором MNА = 90˚ – b, отсюда
, .
Наконец, из ∆ANC следует NC = AN cosb.
Рисунок 4.7 Схема измерения высоты дерева на пониженном склоне
Если дерево находится на возвышенности (рисунок 4.8), то высота его АВ = ВС – АС, ВС = NC tgα, АС = NC tgb. При этом величина NC определяется указанным выше способом, однако учитывая, что MNА = 90˚ + b.
Рисунок 4.8 Схема измерения высоты дерева на повышенном склоне
Высотомеры, основанные на решении треугольника, называют базисными, т.к. необходимо измерить величину расстояния от мерщика до измеряемого дерева, что является базисом. Базис необходимо измерять достаточно точно. Ошибка в длине базиса автоматически переносится на результат установления высоты дерева. Так, если длина базиса 20 м, а высота дерева равна 10, 20, 30, 40 м, то ошибка в базисе на 1 м, который мы будем считать равным 20 м ( на самом деле он составит 19 или 21 м), приведет к погрешности в определении высоты в 0,5; 1,0; 1,5 и 2 м.
Действительно, тангенс угла α при базисе в 20 м и высотах дерева в 10, 20, 30, 40 м будет равен 0,5; 1,0; 1,5; 2,0. При ошибке в базисе ±1м, т.е когда базис вместо 20 м равен 19 или 21 м, то тангенс угла α в первом случае составит 0,53; 1,05; 1,57; 2,10, а во втором – 0,476; 0,95; 1,43; 1,90.
. Тогда высоты на нашем приборе, который градуирован на базис 20 м, при занижении базиса на 1 м окажутся следующими: 10,5 м; 11 м; 31,5 м; 42 м. При завышении базиса на 1 м соответственно – 9,5 м; 19 м; 28,5 м; 39 м.
Современные высотомеры обычно снабжены дальномерами, что делает измерение базиса относительно легким делом. Старые высотомеры, которые кое-где еще есть в лесничествах, дальномеров не имеют. Не имеют их и высотомеры, купленные Минлесхозом за рубежом в 1996 – 1998 гг., хотя внешне они выглядят вполне современными. При отсутствии дальномера практические работники иногда отмеряют базис шагами. Это проще и легче, чем делать измерения мерной лентой или рулеткой, но точность здесь не гарантируется. Поэтому измерять базис шагами нельзя.
Безбазисные высотомеры используют принцип подобия треугольников. Из безбазисных известен высотомер Христена. Для проведения измерений высотомеров Христена требуется шест длиной 2 – 3 м, который приставляют к дереву. Затем отходят на такое расстояние, чтобы при визировании на шест его верхняя часть соответствовала отметке 2 (или 3 м) на высотомере. Визируя на вершину дерева (при этом удерживая на высотомере высоту шеста) находим отметку, которая соответствует высоте дерева (рисунок 4.9)
Рисунок 4.9 Схема измерения высоты дерева безбазисным высотомером Христена
Здесь мы строим 2 подобных треугольника АВС и авс, где . Тогда высота дерева (АС) будет равна , где ВС – const. Нанеся соответствующую градуировку на высотомер, нетрудно найти АС.
В лесхозах высотомеров Христена сегодня нет. К тому же из-за технических сложностей глазомерного визирования точность этого высотомера низкая – не точнее ± 2 м.
В настоящее время есть очень много конструкций высотомеров. В учебниках по лесной таксации описаны зеркальный высотомер (Фаустмана), высотомер Макарова, способ измерения высоты дерева с помощью специально размеченной мерной вилки, высотомер Никитина и другие. Практически сегодня высотомеры Фаустмана, Вейзе, Вимменауэра и др. можно встретить только в музеях. Поэтому их описание опустим. При желании описание этих приборов можно найти в учебниках по лесной таксации В. К. Захарова, Н.П. Анучина, О.А. Атрощенко и др. Высотомер Никитина не получил широкого распространения. К тому же качество его изготовления очень низкое, и пользоваться им можно с большой осторожностью и только после проверки.
Измерять высоту с помощью мерной вилки можно, если она имеет специальную разметку. Такую разметку наносили на деревянные мерные вилки с конца XIXвека до 70-х, 80-х годов прошлого века. В настоящее время мерные вилки, пригодные для измерения высоты, не выпускаются. Вызвано это низкой точностью измерения высот с помощью мерной вилки и наличием компактных и точных высотомеров. Поэтому описание измерения высот мерной вилкой опустим.
В лесхозах еще можно встретить маятниковый высотомер Макарова и оптический высотомер Анучина. Последний в силу ряда технических характеристик не дает высокой точности, которая в лучшем случае составляет ± 2 м. Высотомер Макарова, хотя портативен и удобен в работе, но имеет невысокую точность. Вызвано это тем, что маятник высотомера часто заедает, шкала слишком мелкая, т.е. точность тоже будет в пределах ± 2 м. Использовать эти высотомеры можно только тогда, если нет других. Все же это лучше, чем глазомерное определение высоты. Учитывая названное обстоятельство, дадим описание высотомеров Макарова и Анучина.
Высотомер Макарова называют маятниковым. Он построен на тригонометрическом принципе (рисунок 4.10).
Высотомер состоит из металлического сектора (1), прикрепленного к трубке (2), предназначенной для визирования на вершину дерева. В верхней части сектора укреплен вращающийся на шарнире маятник с заостренной на конце стрелкой. Показания шкалы базиса – 10 и 20 м.
Для того чтобы измерить высоту дерева высотомером на горизонтальной поверхности, от него отходят на постоянную величину 10 или 20 м, считая от основания (постоянные базисы), и визируют через трубку на вершину. Стрелка маятника укажет измеряемую высоту дерева в зависимости от базиса. К полученному результату необходимо прибавить высоту до уровня глаза наблюдателя.
Рисунок 4.10 Высотомер Макарова
1) Металлический сектор; 2) Прицельная трубка
Если дерево расположено на наклонной поверхности, то отмерив базис по горизонтальному положению 10 или 20 м, визируют на вершину дерева и делают отсчет согласно указаниям маятника, затем визируют на основание дерева, повернув высотомер на 180˚. Оба отсчета складывают и получают высоту дерева, не делая добавок на высоту глаза наблюдателя.
Если дерево находится на возвышенности, измеряют базис по горизонтальному положению до основания дерева. При измерении высоты визируют вначале на его вершину, а затем на основание. Разность отсчетов дает высоту дерева без добавок на высоту глаза наблюдателя.
Теоретическое обоснование высотомера Макарова приведено на рисунке 4.11, где ВА2 = ВС + СА2 = Н – высоте дерева; АС = А1А2 – базис. Из ∆АВС имеем:
Обоснования измерения Н на понижении или повышении местности приведены выше; следует лишь учесть, что b = 90˚ – α.
Пример. Длина базиса А1А2 = 20 м, угол АВС = α = 39˚, угол ВАС = = b = 90˚ – α = 51˚, tg 59˚ = 1,26, ВС = АС tgb = 20·1,26 = 25,2 м. высота дерева Н = ВС + СА2 = 25,2 + h; h – высота глаза наблюдателя в точке А (в среднем 1,4 м); таким образом, Н = 25,2 + 1,4 = 26,6 м.
ВС = АС tgb = АС tg(90˚ – α) = АС сtgα; Н = АС сtgα + h.
Рисунок 4.11 Схема измерения высоты дерева высотомером Макарова
Угол α образуется линией визирования на вершину дерева и линией отвеса (маятника). Для удобства практического использования высотомера на шкале его вместо градусной величины угла α или угла b= = 90˚ – α нанесены соответствующие им высоты, указываемые стрелкой маятника.
При постоянной величине базисов – 10 или 20 м – высота дерева непосредственно отсчитывается на шкале плюс h – высота глаза наблюдателя. Если базис равен 30 м, то надо сложить показатели шкалы для 10 и 20 м плюс h.
Крупным недостатком высотомера Макарова является его малый размер, что не обеспечивает точности визирования на вершину дерева и приводит к ошибке в отсчете высот. Высотомеры увеличенных размеров обеспечивают лучшие результаты.
Высотомеры, построенные на геометрическом принципе, основаны на подобии треугольников, один из которых проектируется на местности, другой – на приборе. Имеется много различных конструкций таких высотомеров, но принципиальная схема их устройства одинаковая (рисунок 4.12).
На прямоугольной пластинке Oocb нанесены деления; в точке о укреплена нить ob отвесом; наблюдатель, находящийся в точке N, отстоящей от основания дерева на расстоянии NA, измеренном мерной лентой (базис), визирует на вершину дерева В вдоль стороны Оо прямоугольника. Нить отвеса ob укреплена в точке о на делении, отвечающем числу единиц измерения базиса NA. В этом случае нить отвеса пересечет в точке b цифру деления, соответствующего высоте ВС.
Если дерево находится на горизонтальной поверхности, то для определения всей его высоты следует к величине ВС прибавить высоту глаза наблюдателя h. Техника измерения строится на подобии треугольников ОВС и оbс, у которых ÐВОС = Ðboc, так как они образованы взаимно перпендикулярными сторонами, а стороны треугольников пропорциональны; BC : bc = OC : oc. Следовательно, .
Так как нить отвеса укреплена на цифре деления, отвечающего числу единиц измерения базиса NA, то нить отвеса в точке b будет непосредственно указывать величину ВС в единицах измерения базиса.
Рисунок 4.12 Общая схема высотомеров, построенных по
геометрическому принципу
При расположении дерева на пониженной поверхности необходимо проводить два отсчета: на вершину дерева и на основание; в этом случае высота дерева Н будет слагаться из суммы двух отсчетов ВС + СА, без прибавления величины h.
Если дерево расположено на повышенной поверхности, то высота его определяется как разность отсчетов по нити отвеса при визировании на вершину и основание дерева (рисунок 4.13).
В этом случае имеем две пары подобных треугольников: ОВС и oba, а иакже ОСА и оса. Исходя из подобия первой пары треугольников, отсчет на основание дерева С дает величину СА.
Рисунок 4.13 Измерение высоты дерева, находящегося на повышении, при помощи высотомера, построенного на геометрическом принципе
Оптический высотомер (ВА). Н.П. Анучин сконструировал высотомер, названный оптическим (рисунок 4.14).
Рисунок 4.14 Оптический высотомер Анучина
Он состоит из корпуса, смонтированного из двух симметричных половинок, стянутых винтами. Внутри корпуса в отдельном тубусе размещена оптическая система: объектив и окуляр. Оптическая система в несколько раз уменьшает изображение предмета. Объектив состоит из двух вогнуто-выпуклых линз. Окуляр прибора снабжен наглазником. На корпусе прибора со стороны объектива нанесены две отсчетные шкалы: одна для измерения с расстояния 15 м, вторая – 20 м (рисунок 4.15).
Регулировка прибора осуществляется путем передвижения тубуса относительно шкал. При этом необходимо ослабить винты, стягивающие корпус прибора.
Рисунок 4.15 Шкала оптического высотомера
В оптическом высотомере лучи света, идущие от измеряемого дерева АВ, после прохождения через рассеивающую линзу (объектив), расходятся веером(рисунок 4.16). Если эти лучи попадут в глаз, то мы увидим мнимое прямое изображение дерева А1В1, которое будет сильно уменьшенным.
Рисунок 4.16 Ход лучей в оптическом высотомере Анучина
При непосредственном глазомерном наблюдении высоких деревьев с близкого расстояния угол зрения очень велик (порядка 60˚).
Визирный прибор, сконструированный для измерения такого большого угла, будет громоздок. В портативном визирном приборе этот угол должен быть уменьшен.
Рассеивающие линзы в данном случае и применяются для того, чтобы сузить угол зрения при измерении высоких объектов. В передней части высотомера имеется прямоугольная прорезь, через которую рассматривается измеряемое дерево. При небольших габаритах прибора шкалы, нанесенные на внутренней поверхности передней стенки высотомера, расположены на близком расстоянии от глаза, поэтому для лучшей их видимости в окулярной части прибора установлена слабая лупа (+5 диоптрий). Лупа мало влияет на изображение, получаемое при помощи объектива. Установкой окуляра (лупы) достигается возможность одновременного рассматривания уменьшенного изображения дерева и высотомерных шкал.
Преимуществом данной схемы является то, что она дает прямое изображение. В ряде же других оптических устройств, например в некоторых дальномерах, получается обратное изображение. Во многих оптических измерительных приборах для того, чтобы получить прямое изображение, прибегают к дополнительной установке призм или даже систем призм. Это сильно усложняет изготовление приборов и затрудняет их юстировку, т,е,точную подгонку, регулирование.
В упомянутых учебниках лесной таксации описаны высотомеры «Метра» и Блюме-Лейеса. Высотомера «Метра» в лесном хозяйстве Беларуси нет. Высотомеры Блюме-Лейеса в 70-е годы прощлого века были приобретены в большом количестве лесоустройством. В лесхозы они не поступали. В небольшом количестве эти достаточно точные, удобные высотомеры еще сохранились. Поэтому дадим его описание.
Высотомер Блюме-Лейеса (рисунок 4.17) имеет корпус в виде сектора круга. Глазной и предметный диоптры расположены в концах верхней грани корпуса высотомера. Рядом с предметным диоптром находится спускной крючок, который закрепляет в нужном положении маятник высотомера. В верхней части корпуса имеется вырез, через который пропускают большой палец руки при визировании на вершину дерева.
Рисунок 4.17 Высотомер Блюме-Лейса
На обратной стороне корпуса шурупами прикреплена табличка, содержащая поправки к измерениям при гористом рельефе. Эта же табличка позволяет перевести градусы уклона местности в проценты.
Высотомер изготовлен из легкого метала. Его механические части помещены внутри корпуса, что исключает повреждение механизма. Масса высотомера 320 г, размеры 18х 15х 2 см.
Высота деревьев определяется по четырем дугообразным шкалам с высотными делениями. Каждая шкала служит для визирования на дерево с различных расстояний: 15; 20; 30 и 40 м. С помощью пятой, нижней шкалы определяют в градусах крутизну склонов, проводят нивелирование дорог и канав. Все шкалы защищены стеклом. Высота деревьев и глубина пониженных мест, которые можно определять с помощью четырех шкал высотомера, приведены в таблице 4.2.
При измерении высоты дерева сначала необходимо определить расстояние от измеряемого дерева до таксатора. Для этой цели в высотомере имеется дальномер с прилагаемой к нему базисной складной лентой. Последняя закрепляется на измеряемом дереве с таким расчетом, чтобы ее нулевое деление было расположено на высоте глаз. Таксатор отходит от измеряемого дерева и, передвигаясь на несколько шагов вперед или назад, в оптический измеритель ищет одно из четырех чисел (15; 20; 30 или 40), находящихся на базисной ленте на том же уровне, что и нулевое деление. Допустим, что в оптическом измерителе получилось изображение, при котором нулевое деление стоит на одном уровне с делением 20. Это означает, что расстояние от основания ствола измеряемого дерева до уровня глаз таксатора равно 20 м.
Чтобы добиться точного определения расстояния при рассматривании через оптический измеритель базисной ленты, высотомер необходимо слегка поворачивать. Тогда получается наиболее ясное изображение базисной ленты.
Таблица 4.2 – Высота деревьев и глубина пониженных мест,
измеряемые высотомером Блюме-Лейеса.
| Расстояние до измеряемых предметов, м | Высота над уровнем глаза, м | Углубление по отношению к уровню глаза, м | Расстояние до измеряемых предметов, м | Высота над уровнем глаза, м | Углубление по отношению к уровню глаза, м |
| До 20 | До 7,5 | До 45 | До 15,0 | ||
| > 30 | > 10,0 | > 60 | > 20,0 |
Установив расстояние от пункта наблюдения до дерева, надо нажать на кнопку, находящуюся на обратной стороне высотомера. В результате освободится маятник. Сначала визируют на вершину дерева, а затем на его основание. Визирование должно продолжаться до тех пор, пока маятник не перестанет качаться, т.е. не встанет в вертикальное положение. После этого, не переставая через диоптры визировать на вершину дерева, нажимают указательным пальцем на спусковой крючок. Тогда маятник остановится на том делении шкалы, которое будет определять высоту дерева от вершины до уровня глаза. Визирование на основание дерева происходит аналогично визированию на его вершину. С его помощью определяют расстояние от шейки корня дерева до глаза наблюдателя. Суммируя результаты отсчета на шкале при визировании на ве