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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 野外便攜式樹(shù)木自動(dòng)定高測(cè)徑儀
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 鑒于樹(shù)木直徑的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)林業(yè)生產(chǎn)、科研具有重要意義。我們小組設(shè)計(jì)了一種基于電阻式角位移傳感器的樹(shù)木直徑測(cè)量系統(tǒng)，可以方便地進(jìn)行較大樹(shù)干或有刺樹(shù)干直徑的測(cè)量。超聲波測(cè)高模塊使操作者可以快速、準(zhǔn)確地找到最佳樹(shù)干胸徑測(cè)量點(diǎn)。我們研制的測(cè)徑儀具有數(shù)字讀數(shù)、自動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、USB接口等功能，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 樹(shù)木的直徑是進(jìn)行立木直徑生長(zhǎng)特征分析和樹(shù)木材積調(diào)查的重要基礎(chǔ)信息, 對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)林業(yè)生產(chǎn)和科研有重要意義。目前國(guó)內(nèi)外在單株立木直徑測(cè)量時(shí),仍以圍尺或輪尺等需要手動(dòng)操作、人工讀取記錄測(cè)量數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)測(cè)量工具為主，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不適用于較大樹(shù)徑或有刺樹(shù)干的直徑測(cè)量。 作品首次綜合應(yīng)用電阻式角位移傳感技術(shù)、超聲波測(cè)距技術(shù)、SD卡存儲(chǔ)技術(shù)、嵌入式技術(shù)等現(xiàn)代電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了樹(shù)木直徑測(cè)量的快速測(cè)量，具有操作自動(dòng)化程度高、攜帶方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。 作品在技術(shù)、工藝方面有以下創(chuàng)新： 1、采用非線性標(biāo)定算法，實(shí)現(xiàn)了大量程范圍內(nèi)高精度測(cè)量； 2、綜合應(yīng)用角位移傳感器、超聲波傳感器、SD卡存儲(chǔ)技術(shù)、USB接口等新技術(shù)，國(guó)內(nèi)首次在樹(shù)木直徑測(cè)量中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)定高、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄等功能； 3、可伸縮拉桿、防水封裝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多項(xiàng)工藝創(chuàng)新，保證作品體積小，攜帶方便。 作品相關(guān)技術(shù)已在國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上交流，取得軟件著作權(quán)1項(xiàng)，并已在學(xué)校、學(xué)院多項(xiàng)活動(dòng)中試用，反映良好。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1、設(shè)計(jì)目的 研制一種操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、能自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)、為計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)提供接口的高精度直徑測(cè)量裝置具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。 2、基本思路 首先，研究圓直徑與夾角之間的幾何關(guān)系，從理論上分析可行性；在此基礎(chǔ)上研制傳感器，在標(biāo)準(zhǔn)圓上測(cè)試；最后活立木上進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)量結(jié)果與卷尺等其他方法測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。 3、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn) ⑴、采用非線性標(biāo)定算法，實(shí)現(xiàn)大量程范圍內(nèi)高精度測(cè)量； ⑵、綜合應(yīng)用角位移傳感器、超聲波傳感器、SD卡存儲(chǔ)技術(shù)、USB接口等新技術(shù)，國(guó)內(nèi)首次在樹(shù)木直徑測(cè)量中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)定高、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄等功能； ⑶、可伸縮拉桿、防水封裝等多項(xiàng)工藝創(chuàng)新，保證作品體積小，攜帶方便。 4、關(guān)鍵技術(shù) (1) 基于電阻式角位移傳感器的樹(shù)木直徑傳感器設(shè)計(jì) (2) 非線性傳感器輸出信號(hào)處理技術(shù) (3) 面向便攜式儀表的樹(shù)木高度測(cè)量技術(shù) (4) 動(dòng)態(tài)電源管理、中斷事件觸發(fā)等低功耗設(shè)計(jì)技術(shù) (5) 可伸縮拉桿、防水封裝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等制作工藝 5、主要技術(shù)指標(biāo) 測(cè)徑量程：0 ～ 600mm；測(cè)徑分辨率：0.01 mm；測(cè)徑精度：±0.5cm；測(cè)高裝置：超聲波式；測(cè)高量程：1.2m ～ 1.7m；測(cè)高精度：±3cm；電源：電池(3.7V)；重量：320g；電池壽命：約260小時(shí)；溫度范圍：0～50℃；濕度范圍：20～80%RH；顯示方式：LCD顯示器；數(shù)據(jù)記錄：自動(dòng)完成；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)：SD卡；計(jì)算機(jī)接口：RS-232(USB轉(zhuǎn)換)
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品旨在綜合應(yīng)用新技術(shù)解決傳統(tǒng)行業(yè)的實(shí)際問(wèn)題，作品的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步在于： 1、本作品的測(cè)徑過(guò)程類似于圓規(guī)尺測(cè)角度，與其他基于卷尺原理的作品相比，操作非常簡(jiǎn)單； 2、針對(duì)需要在制定高度處測(cè)量樹(shù)木直徑的應(yīng)用場(chǎng)合，本作品還提供了超聲波測(cè)高功能，只需簡(jiǎn)單上下移動(dòng)測(cè)徑儀，當(dāng)?shù)竭_(dá)制定高度時(shí)，能自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，無(wú)需另外測(cè)量設(shè)備； 3、由于采用了嵌入式技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀數(shù)，自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，并為計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)提供通信接口。相比于傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)記錄，出錯(cuò)率低、在野外調(diào)查時(shí)無(wú)需攜帶紙筆等繁雜工具，減輕了野外調(diào)查人員的勞動(dòng)負(fù)荷，提高了工作效率。 4、采用了自動(dòng)伸縮拉桿，合理安排內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得體積非常小(118×77×32mm，桿長(zhǎng)：7.5cm)，攜帶方便；同時(shí)防水封裝技術(shù)滿足了野外作業(yè)的特殊需求。 5、作品僅需可伸縮拉桿、齒輪以及常見(jiàn)電子元器件，成本低，適合國(guó)內(nèi)大范圍推廣應(yīng)用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- ⒈獲軟件著作權(quán)一項(xiàng)(登記號(hào)：2010SR046720) ⒉參加“The 2nd Conference on Environmental Science and Information Application Technology”，并發(fā)表研究論文 ⒊“臨安市新民村名木古樹(shù)現(xiàn)狀調(diào)查”中試用 ⒋“浙江農(nóng)林大學(xué)植物園植物信息采集”中試用
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 作品實(shí)物、圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1、產(chǎn)品性能優(yōu)勢(shì)分析 本作品在國(guó)內(nèi)首次綜合應(yīng)用電阻式角位移傳感技術(shù)、超聲波測(cè)距技術(shù)、SD卡存儲(chǔ)技術(shù)、嵌入式技術(shù)等現(xiàn)代電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了樹(shù)木直徑測(cè)量的快速測(cè)量，具有操作自動(dòng)化程度高、攜帶方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。 2、目標(biāo)市場(chǎng)分析 本作品主要用于活立木、原木等直徑測(cè)量，也可用于其他植物的直徑測(cè)量，目標(biāo)市場(chǎng)為林業(yè)科研院所、林業(yè)局、木材貿(mào)易企業(yè)等。 3、需求程度分析 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)森林覆蓋率達(dá)20.36%,森林資源進(jìn)入快速發(fā)展期，今后的森林經(jīng)營(yíng)任務(wù)將日趨繁重。浙江省內(nèi)的林木企業(yè)達(dá)到近兩萬(wàn)所，林業(yè)管理部門(mén)88所，目前在單株立木直徑測(cè)量時(shí),仍以卷尺、圍尺或輪尺等傳統(tǒng)工具為主。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，這種傳統(tǒng)的測(cè)量方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足林業(yè)測(cè)量需求。國(guó)外測(cè)量樹(shù)木直徑的儀器價(jià)格普遍偏高，不符合我國(guó)國(guó)情。因此研制一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的高精度直徑測(cè)量裝置具有很大的需求背景，市場(chǎng)前景看好。
同類課題研究水平概述
- 1、國(guó)外：新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，且不斷向高高精度、可靠、高程度自動(dòng)化方向發(fā)展，但價(jià)格昂貴，不利于國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上優(yōu)秀高度儀產(chǎn)品以進(jìn)口為主，主要有奧地利生產(chǎn)的Dial-Dendro樹(shù)木生長(zhǎng)測(cè)量尺、瑞典生產(chǎn)的Mantax Digitech數(shù)字測(cè)徑儀等。其產(chǎn)品在測(cè)量精度、靈敏度、可靠性等方面具有國(guó)際領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。但在推廣過(guò)程中，高昂的價(jià)格一直是國(guó)內(nèi)用戶最棘手的問(wèn)題。 2、國(guó)內(nèi)：積極借鑒機(jī)械技術(shù)、光學(xué)測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、嵌入式技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，研究各種先進(jìn)測(cè)徑儀，但未見(jiàn)產(chǎn)品報(bào)道。 國(guó)內(nèi)已有福建農(nóng)林大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)春理工大學(xué)、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院、中南林業(yè)科技大學(xué)等單位在樹(shù)木測(cè)徑儀這一領(lǐng)域開(kāi)展研究工作，并發(fā)表學(xué)術(shù)論文： ① 景林，黃習(xí)培，丁盛彬等采用2臺(tái)高分辨率工業(yè)級(jí)數(shù)碼相機(jī)拍攝原木捆的2個(gè)斷面圖像，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，計(jì)算出成捆原木的直徑。 ② 東北林業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)研制了基于單片機(jī)、超聲波測(cè)距、條形碼技術(shù)的新型樹(shù)木直徑測(cè)量裝置，利用條形碼掃描器對(duì)帶有長(zhǎng)度信息的條碼進(jìn)行掃描，識(shí)別出樹(shù)木周長(zhǎng)的數(shù)值。 ③ 通過(guò)對(duì)原野服務(wù)器的研究，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研 究院資源信息研究所利用原野服務(wù)器傳回的圖像，通過(guò)立體視覺(jué)技術(shù)重建遠(yuǎn)隔地樹(shù)木的胸徑，實(shí)現(xiàn)了不到現(xiàn)場(chǎng)便能測(cè)量直徑的目的。 ④ 鄢前飛采用“兩點(diǎn)測(cè)距，三點(diǎn)測(cè)高”的樹(shù)基標(biāo)尺法和前后標(biāo)尺法，開(kāi)發(fā)了“一種林木空間參數(shù)測(cè)量的方法及其裝置”，研制成數(shù)字式測(cè)高測(cè)距儀，并獲得發(fā)明專利一項(xiàng)，實(shí)用新型專利一項(xiàng)。 通過(guò)綜合分析，以上研究存在以下問(wèn)題： ⑴、工作原理、工作過(guò)程、測(cè)量所需勞動(dòng)量和卷尺測(cè)量過(guò)程一致，僅采用光電技術(shù)替換人工讀數(shù)工作，意義不大； ⑵、技術(shù)復(fù)雜，成本過(guò)高，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值； ⑶、至今未見(jiàn)相關(guān)產(chǎn)品報(bào)道。 3、綜觀國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品及相關(guān)研究，研制性價(jià)比高、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、攜帶方便、操作自動(dòng)化程度高、能實(shí)現(xiàn)樹(shù)木直徑快速檢測(cè)的樹(shù)木測(cè)徑儀是其發(fā)展趨勢(shì)。本作品正事立足研究前沿、結(jié)合測(cè)樹(shù)行業(yè)的需要而設(shè)計(jì)的。
