Измерение высоты дерева

Высота дерева — это расстояние по вертикали между основанием дерева и верхушкой самой высокой ветки дерева, и его трудно точно измерить. Она не равна длине туловища. Если дерево наклонено, длина ствола может быть больше высоты дерева. Основание дерева — это место, где проекция сердцевины ( центра) дерева пересекает существующую опорную поверхность, на которой растет дерево или где проросло семя. Если дерево растет на склоне скалы, основание дерева находится в той точке, где сердцевина пересекает скалу. Корни, идущие вниз из этой точки, не увеличивают высоту дерева. На склоне эта базовая точка считается посередине между уровнем земли на верхней и нижней сторонах дерева. Высоту дерева можно измерить разными способами с разной степенью точности.

Высота дерева — один из параметров, обычно измеряемых в рамках различных программ создания деревьев-чемпионов и документирования. Другие часто используемые параметры, описанные в разделе «Измерение деревьев», включают высоту, обхват, ширину кроны и объем. Дополнительные сведения о методологии измерения обхвата дерева , измерения кроны дерева и измерения объема дерева представлены по ссылкам здесь. Например, компания American Forests использует формулу для расчета баллов Big Tree Points в рамках своей программы Big Tree. при этом дереву присваивается 1 балл за каждый фут высоты, 1 балл за каждый дюйм (2,54 см) обхвата и ¼ балла за каждый фут размаха кроны. Дерево, чье общее количество баллов является самым высоким для этого вида, становится чемпионом в их реестре. Другим обычно измеряемым параметром, помимо информации о породе и местоположении, является объем древесины. Общий план измерений деревьев представлен в статье « Измерение деревьев» , а более подробные инструкции по проведению этих основных измерений приведены в «Руководстве по измерению деревьев Восточного общества туземных деревьев» Уилла Блозана.

Максимальная высота

Самое высокое дерево в мире — секвойя вечнозеленая ( Sequoia sempervirens ), растущая в Северной Калифорнии и получившая название Гиперион. В сентябре 2012 года его высота составила 115,72 метра (379,7 футов). Известно еще 7 прибрежных секвой, высота которых превышает 112 метров (367 футов), и 222 экземпляра высотой более 105 метров (344 фута). Во всем мире известно только пять видов, вырастающих более 91 метра (299 футов) в высоту.

Существуют исторические свидетельства об чрезвычайно высоких и больших деревьях. Например, на северо-востоке США в газетах и ​​журналах 1800-х годов часто публикуются истории об чрезвычайно высоких белых соснах ( Pinus strobus ). Один необычный отчет в Weekly Transcript, Норт-Адамс, штат Массачусетс, в четверг, 12 июля 1849 года, гласит: «Большое дерево. --- Мистер Д. Э. Хоукс из Чарльмонта недавно срубил сосну из следующего Размеры его составляли от 7 футов [2,1 м] до 10 футов [3,0 м] от пня и от 5 футов [1,5 м] до 50 футов [15 м] от пня. Из дерева было взято двадцать два бревна. средняя длина которого составляла 12 футов [3,7 м]. Четырнадцать футов [4,3 м] дерева были испорчены при падении. Максимальная длина дерева от пня до верхних ветвей составляла 300 футов (91 м)] --- - Гринфилд Газетт». В 1995 году Роберт Леверетт и Уилл Блозан измерили сосну Бугермана, белую сосну в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс, на высоте 207 футов в 1995 году, используя наземные методы перекрестной триангуляции. Это самые точные измерения, полученные для любого дерева на востоке Соединенных Штатов в наше время. Вершина дерева была потеряна во время урагана Опал в 1995 году, и в настоящее время его высота составляет чуть менее 190 футов [58 м]. Вполне возможно, что некоторые белые сосны в прошлом достигали высоты более 200 футов [61 м], учитывая гораздо большую площадь девственных лесов до лесного бума в 1800-х годах, однако, учитывая то, что растет сегодня, это крайне маловероятно. в некоторых исторических отчетах они когда-либо достигали высот. Эти заявленные высоты, вероятно, являются всего лишь смесью личной и коммерческой бравады лесорубов того времени.

Примерная высота дерева

Из различных методов аппроксимации высоты деревьев лучшими вариантами, требующими лишь минимального количества оборудования, являются метод палочки и ленточно-клинометрический (касательный) метод. Чтобы получить точные измерения любым методом, необходимо соблюдать осторожность. Сначала попробуйте рассмотреть дерево под разными углами, чтобы увидеть, где находится фактическая вершина дерева. Используйте эту точку для измерений. Это исключит наибольшую вероятность ошибки.

Метод палочки

Метод палочки требует измерительной ленты и палки или линейки и использует принцип подобия треугольников для оценки высоты деревьев. Существует три основных варианта метода палки.

А) Метод вращения палки или метод карандаша для деревьев на ровной местности с вертикально расположенной вершиной над основанием: 1) возьмитесь за конец палки и держите ее на расстоянии вытянутой руки свободным концом вверх; 2) перемещайтесь вперед и назад по направлению к измеряемому дереву или от него до тех пор, пока основание дерева не совпадет визуально с вершиной руки у основания палки, а вершина дерева не совпадет с вершиной палки; 3) не перемещая руку вверх и вниз, вращайте палку до тех пор, пока она не станет параллельной земле. Основание палки по-прежнему должно совпадать с основанием дерева. 4) Если у вас есть помощник, пусть он отойдет от основания дерева под прямым углом к ​​вашему положению, пока не достигнет места на земле, совпадающего с верхушкой палки. Если вы один, выберите отличительную точку на земле, чтобы отметить эту точку. Расстояние от основания дерева до этой точки равно высоте дерева. Опять же, этот метод предполагает, что вершина дерева находится вертикально над основанием.

Измерение палочки

Б) Стандартный метод палочки: 1) Найдите прямую палочку или линейку; 2) Держите палку вертикально на расстоянии вытянутой руки, следя за тем, чтобы длина палки над рукой равнялась расстоянию от руки до глаза. 3) Отойдите от дерева назад. Остановитесь, когда палка над вашей рукой точно замаскирует дерево. 4) Измерьте расстояние по прямой от вашего глаза до основания дерева. Запишите это измерение как высоту дерева до ближайшего фута. Как и в случае с A, если вершина не находится вертикально над основанием, этот метод выдаст ошибку.

C) Расширенный метод палочки использует ту же процедуру, описанную выше, с добавлением нескольких измерений и некоторых базовых умножений. Этот метод не требует, чтобы длина измерительной линейки была такой же, как расстояние от нижней руки до глаза, поэтому его можно использовать в более разнообразных условиях для измерения высоты: 1) держа палку, как описано выше, совместите основание дерева с верхушкой руки, держащей палку, и верхушку дерева с верхушкой палки. Вы можете сделать это, двигаясь к дереву или от него, регулируя длину палки и перемещая руку вверх и вниз; 2) после выравнивания измерьте расстояние от верхней части руки, держащей основание палки, до глаза; 3) измерьте расстояние от вершины руки до вершины палки; 4) измерьте расстояние от глаза до основания дерева. Пока мерка держится прямо вверх и вниз, а верхушка дерева находится вертикально над основанием, различные измерения по-прежнему пропорциональны, и тогда вы можете рассчитать высоту дерева, используя простую формулу:

(длина палки x расстояние до дерева) / (расстояние до глаза) = высота дерева

Используя эту формулу, высоту дерева можно рассчитать независимо от того, под каким углом вы держите руку и какой длины мерка выступает над вашей рукой. Это имеет большое преимущество, если вы измеряете дерево на неровной поверхности или если вы можете измерить дерево только под одним углом. Одна из проблем, которая также часто возникает, — это увидеть верхушку дерева; геодезист должен находиться дальше от дерева, чем это возможно, используя мерку длиной 23–25 дюймов (58–64 сантиметра) (средняя длина руки до глаза). Используя приведенную выше простую формулу, можно использовать палку меньшей длины, позволяющую геодезисту фактически видеть верхушку дерева. Как и в случае с A. и B. выше, этот метод предполагает, что вершина дерева находится вертикально над основанием. Если это предположение нарушено, то треугольники не будут подобны и отношение отношений и пропорций сторон подобных треугольников не будет применяться.

D) Сделайте на скорую руку «Линейку деревьев».

Simply take a pencil, or a ruler, or any stick (straightedge) and a marker, such as a Sharpie Ultra-fine.

Go to your local playground, and pace out a convenient distance from the basketball hoop, roughly distance about equal to the height of any tree you'd want to measure, 10 or 30 or 100 paces.

Держите линейку вертикально на расстоянии вытянутой руки.

Align the tip of the straightedge with the hoop; slide your thumbnail until it's aligned with the base of the pole. Mark this on the straightedge; that's 10'. Make more marks to indicate 15, 30, etc., as desired.

Now you have a "Tree Ruler" that can be used, on approximately level ground, to estimate tree heights.

Клинометр и ленточный метод

Метод клинометра и ленты или метод касательной обычно используется в лесной промышленности для измерения длины бревна. Некоторые клинометры представляют собой ручные устройства, используемые для измерения углов уклонов. Пользователь может увидеть вершину дерева с помощью такого клинометра и определить угол до вершины, используя шкалу прибора. Топографические уровни Абни откалиброваны таким образом, что при чтении на расстоянии 66 футов (20 м) от дерева высоту до дерева над уровнем глаз можно непосредственно прочитать на шкале. Многие клинометры и нивелиры Абни имеют процентную шкалу, которая дает 100-кратный тангенс угла. Эта шкала показывает высоту дерева в футах непосредственно при измерении на расстоянии 100 футов (30 м) от дерева.

Обычно клинометр используется для измерения угла Θ от глаза до верхушки дерева, а затем с помощью рулетки измеряется горизонтальное расстояние до дерева на уровне глаз. Затем высота над уровнем глаз рассчитывается с помощью функции тангенса :

горизонтальное расстояние на уровне глаз до дерева x касательная Θ = высота над уровнем глаз

Тот же процесс используется для измерения высоты основания дерева выше или ниже уровня глаз. Если основание дерева находится ниже уровня глаз, то к высоте над уровнем глаз прибавляется высота дерева ниже уровня глаз. Если основание дерева находится выше уровня глаз, то из высоты верхушки дерева над уровнем глаз вычитается высота основания дерева выше уровня глаз. Может быть сложно непосредственно измерить горизонтальное расстояние на уровне глаз, если это расстояние находится высоко над землей или если основание дерева находится выше уровня глаз. В этих случаях расстояние до основания дерева можно измерить с помощью рулетки вдоль склона от уровня глаз до основания дерева, отметив угол наклона Θ. В этом случае высота основания дерева выше или ниже уровня глаз равна (sin Θ x наклонное расстояние), а горизонтальное расстояние до дерева равно (cos Θ x наклонное расстояние).

Ошибки, связанные с методом палочки и методом клинометра и ленты: помимо очевидных ошибок, связанных с неверными измерениями расстояний или неправильным определением углов с помощью клинометра, существует несколько менее очевидных источников ошибок, которые могут поставить под угрозу точность расчета высоты дерева. . При использовании метода палки, если палку держать не вертикально, аналогичный треугольник будет иметь деформированную форму. Эту потенциальную ошибку можно компенсировать, прикрепив веревку с небольшим подвешенным грузом к вершине палки так, чтобы палку можно было выровнять по веревке с грузом и гарантировать ее вертикальное удержание. Более серьезная ошибка возникает в обоих методах, когда 1) верхушка дерева смещена от основания дерева или 2) когда вершина дерева определена неправильно. За исключением молодых хвойных деревьев, выращенных на плантациях, верхушка дерева редко находится прямо над основанием; поэтому прямоугольный треугольник, используемый в качестве основы для расчета высоты, на самом деле не формируется. Анализ данных, собранных Обществом местных деревьев (NTS) по более чем 1800 взрослым деревьям, показал, что в среднем верхушка дерева была смещена с точки зрения геодезиста на расстояние 8,3 фута (2,5 м), и, следовательно, был смещен от основания дерева примерно на 13 футов (4,0 м). У хвойных деревьев смещения, как правило, были меньше среднего, а у крупных лиственных пород с широким пологом, как правило, смещения были выше. Таким образом, верхняя часть дерева имеет длину базовой линии, отличную от нижней части дерева, что приводит к ошибкам высоты:

(расстояние смещения сверху вниз x tan Θ) = ошибка по высоте

Ошибка почти всегда неправильно увеличивает высоту дерева. Например, при измерении дерева под углом 64 градуса при среднем смещении в 8,3 фута (2,5 м) в направлении измерителя высота дерева будет завышена на 17 футов (5,2 м). Ошибка такого типа будет присутствовать во всех показаниях с использованием метода касательной, за исключением случаев, когда самая высокая точка дерева фактически расположена непосредственно над основанием дерева, и, за исключением этого необычного случая, результат не является повторяемостью, поскольку в зависимости от направления и положения, из которого было произведено измерение, будут получены разные показания высоты.

Когда вершина дерева определена неправильно и наклоненная вперед ветка принимается за верхушку дерева, ошибки измерения высоты становятся еще больше из-за большей ошибки в базовой линии измерения. Определить настоящую верхнюю ветку с земли чрезвычайно сложно. Даже опытные люди часто выбирают не ту ветку среди нескольких, которые могут быть настоящей верхушкой дерева. Прогулка вокруг дерева и рассмотрение его под разными углами часто помогает наблюдателю отличить фактическую верхушку от других ветвей, но это не всегда практично или возможно сделать. Серьезные ошибки в высоте попадают в большие списки деревьев даже после некоторой степени проверки и часто ошибочно повторяются как действительные высоты для многих пород деревьев. Список составлен НТС показывает величину некоторых из этих ошибок: водяной гикори указан как 148 футов (45 м), на самом деле 128 футов (39 м); Пирог гикори указан на высоте 190 футов (58 м), на самом деле 123 фута (37 м); красный дуб указан как 175 футов (53 м), на самом деле 136 футов (41 м); красный клен указан на высоте 179 футов (55 м), на самом деле 119 футов (36 м), и это лишь некоторые из перечисленных примеров. Эти ошибки не поддаются коррекции посредством статистического анализа, поскольку они однонаправлены и случайны по величине. Обзор исторических отчетов о больших деревьях и сравнение с измерениями еще живых примеров. нашел много дополнительных примеров больших ошибок высоты дерева в опубликованных отчетах.

Высота синуса или метод ENTS

Многие ограничения и ошибки, связанные с методом палки и методом касательной, можно преодолеть, используя лазерный дальномер в сочетании с клинометром или гипсометром, которые объединяют оба устройства в один блок. Лазерный дальномер — это устройство, которое использует лазерный луч для определения расстояния до объекта. Лазерный дальномер посылает лазерный импульс узким лучом в сторону объекта и измеряет время, необходимое импульсу для отражения от цели и возврата к отправителю. Разные инструменты имеют разную степень точности и прецизионности.

Разработка лазерных дальномеров стала значительным прорывом в возможностях человека быстро и точно измерять высоту деревьев. Вскоре после появления лазерных дальномеров их полезность для измерения деревьев и использования синусоидального расчета высоты была признана и принята независимо многими охотниками за большими деревьями. Роберт Ван Пелт начал использовать лазер Criterion 400 примерно в 1994 году на тихоокеанском северо-западе Северной Америки. В приборе была заранее запрограммирована процедура определения высоты дерева, основанная на методе касательной, но он использовал альтернативный режим вертикального расстояния (VD), по сути, синусоидальный метод без излишеств для измерения высоты деревьев. Примерно в 1993–1994 годах он начал использовать оптический дальномер и клинометр Suunto, используя синусоидальный метод. Примерно через год он купил лазерный дальномер Bushnell Lytespeed 400 и начал использовать его для измерения деревьев. Роберт Т. Леверетт начали использовать лазерные дальномеры на востоке США в 1996 году. Он и Уилл Блозан ранее использовал методы перекрестной триангуляции для измерения высоты деревьев, прежде чем приступить к использованию методов лазерного дальномера. Первая публикация, описывающая этот процесс, была в книге «Преследование лесных монархов – Руководство по измерению деревьев-чемпионов», опубликованной Уиллом Блозаном, Джеком Собоном и Робертом Левереттом в начале 1997 года. Эту технику вскоре переняли другие геодезисты больших деревьев в других регионах мира. Бретт Мифсуд (2002) пишет: «В этом исследовании использовались новые методы измерения высоких деревьев. Первоначально лазерный дальномер Bushnell '500 Yardage Pro' использовался в сочетании с клинометром Suunto для оценки высоты деревьев во всех регионах. используемый метод «простого загара» для измерения высоких деревьев был отвергнут в пользу «синусоидального» метода». В настоящее время этот метод используется исследователями и обследованиями деревьев в Азии, Африке, Европе и Южной Америке.

Используя дальномер и клинометр, для завершения расчета высоты дерева необходимы только четыре числа, при этом не требуется ни лента, ни прямой контакт с деревом. Показаниями являются: 1) расстояние до верхушки дерева, измеренное с помощью лазерного дальномера, 2) угол к вершине дерева, измеренный с помощью клинометра, 3) расстояние до основания дерева, измеренное с помощью лазерного дальномера, и 4) угол к основанию дерева, измеренный клинометром. Расчеты включают в себя некоторые основы тригонометрии, но эти расчеты можно легко выполнить на любом недорогом научном калькуляторе.

Измерение высоты синуса

Ситуации, когда вершина измеряемого дерева находится выше уровня глаз, а основание измеряемого дерева ниже уровня глаз, являются наиболее распространенной ситуацией, возникающей в полевых условиях. В двух других случаях и верхушка дерева, и основание дерева находятся выше уровня глаз, а также когда и верхушка дерева, и основание дерева расположены ниже уровня глаз. В первой ситуации, если D1 — расстояние до вершины дерева, измеренное лазерным дальномером, и (а) — угол к вершине дерева, измеренный клинометром, то это образует гипотенузу прямоугольного треугольника. с основанием треугольника на уровне глаз. Высота дерева над уровнем глаз равна [h1 = sin(a) x D1]. Тот же процесс используется для измерения высоты или расширения основания дерева выше или ниже уровня глаз, где D1 — расстояние до основания дерева, а (b) — угол к основанию дерева. Следовательно, вертикальное расстояние до основания дерева выше или ниже уровня глаз равно [h2 = sin(b) x D2]. Здравый смысл должен преобладать при добавлении h1 и h2. Если основание дерева находится ниже уровня глаз, расстояние, которое оно простирается ниже уровня глаз, добавляется к высоте дерева над уровнем глаз, чтобы рассчитать общую высоту дерева. Если основание дерева находится над уровнем, то эта высота вычитается из высоты вершины дерева. Математически, поскольку синус отрицательного угла отрицателен, мы всегда получаем следующую формулу:

высота = sin(a) x (D1) – sin(b) x (D2)

Существуют некоторые ошибки, связанные с методом синусоидального верха/синусоидального низа. Во-первых, разрешение лазерного дальномера может варьироваться от дюйма (2,54 см) или менее до половины ярда (46 см) или более в зависимости от используемой модели. Проверяя характеристики лазера посредством процедуры калибровки и проводя измерения только в точках перехода, где числа изменяются от одного значения к следующему по величине, от прибора можно получить гораздо большую точность. Ручной клинометр может считывать показания только с точностью около ¼ градуса, что приводит к еще одному источнику ошибок. Однако, сделав несколько снимков верхушки из разных положений и выстрелив в точки щелчка, можно получить точную высоту от земли с точностью до менее чем фута от фактической высоты дерева. Кроме того, множественные измерения позволяют идентифицировать и исключить из набора измерений ошибочные значения, при которых показания клинометра были ошибочными. Проблемы также могут возникнуть, если основание дерева закрыто кистью. В таких ситуациях можно использовать комбинацию метода касательной и метода синуса. Если основание дерева находится не намного ниже уровня глаз, горизонтальное расстояние до ствола дерева можно измерить с помощью лазерного дальномера, а угол к основанию — с помощью клинометра. Смещение по вертикали от основания дерева до горизонтали можно определить с помощью метода касательной для нижнего треугольника, где [H2 = tan(A2) x D2]. В тех случаях, когда дерево достаточно вертикальное и расстояние по вертикали от основания дерева до уровня глаз невелико, любые ошибки при использовании метода касательной для основания минимальны.

Использование этого метода имеет значительные преимущества по сравнению с базовым методом клинометра и касательной ленты. Используя эту методологию, больше не имеет значения, смещена ли вершина дерева от основания дерева, что устраняет один основной источник ошибок, присутствующий в методе касательных. Второе преимущество технологии лазерного дальномера заключается в том, что лазер можно использовать для сканирования верхних частей дерева, чтобы определить, какая вершина на самом деле является истинной вершиной дерева. Как правило, если имеется несколько показаний с разных вершин дерева с одинаковым наклоном или около него, то самое дальнее по расстоянию представляет собой самую высокую вершину группы. Эта возможность поиска самой высокой точки помогает устранить второй основной источник ошибок, вызванный ошибочным определением наклоненной вперед ветки или неправильной вершины. Кроме того, помимо грубых ошибок, возникающих из-за неправильного считывания показаний прибора, результаты не будут завышать высоту дерева. Высота все равно может быть занижена, если истинная вершина дерева не определена правильно. Метод синусоидальной вершины/синусоидального низа позволяет измерять высоту деревьев, находящихся полностью выше или ниже уровня глаз геодезиста, а также на ровной поверхности. Дерево также можно измерить сегментами, где верхушка и низ дерева не видны одновременно из одного места. Одно измерение высоты занимает всего несколько минут с использованием отдельного лазерного дальномера и клинометра или меньше при использовании приборов со встроенным электронным клинометром. Измерения, сделанные с использованием этих методов путем усреднения нескольких снимков, обычно находятся в пределах фута или меньше от измерений, использованных альпинистом с рулеткой.

Некоторые лазерные гипсометры имеют встроенную функцию измерения высоты. Перед использованием этой функции пользователь должен прочитать инструкцию о том, как она работает. В некоторых реализациях он вычисляет высоту дерева, используя ошибочный метод касательной, в то время как в других он позволяет использовать лучший метод синусоидальной вершины/синусоидального низа. Метод синуса сверху/синуса снизу можно назвать функцией вертикального расстояния или двухточечным методом. Например, Nikon Forestry 550 реализует только метод измерения синусоидальной верхней/нижней точки, в то время как его преемник Forestry Pro имеет функцию измерения как по двум, так и по трем точкам. Функция измерения по трем точкам использует метод касательной, а метод по двум точкам использует метод синусоидальной вершины/синусоидальной нижней части. Верхний и нижний треугольники автоматически измеряются с использованием функции двух точек и суммируются, что дает точное измерение высоты.

Более подробное обсуждение синусоидального метода лазерного дальномера/клинометра можно найти в Blozan. и Фрэнк и в обсуждениях на веб-сайте Общества коренных народов и BBS.

Обзоры синусоидального метода были опубликованы американским исследователем леса доктором Доном Брэггом. Он пишет: «Когда высоты были измерены правильно и при благоприятных обстоятельствах, результаты, полученные методами тангенса и синуса, различались лишь примерно на 2 процента. Однако в более сложных условиях ошибки колебались от 8 до 42 процентов. Эти примеры также подчеркивают ряд явных преимуществ использования синусоидального метода, особенно когда требуется точная высота дерева. В типичных обстоятельствах синусоидальный метод является наиболее надежным доступным в настоящее время средством определения высоты стоящего дерева, главным образом потому, что он относительно нечувствителен к некоторым основным факторам. К сожалению, только недавно технология позволила использовать синусоидальный метод, тогда как метод тангенса укоренился в процедурах и приборах на многие десятилетия».

Прямое измерение высоты

Высоту деревьев можно измерить напрямую с помощью шеста для более коротких деревьев или забравшись на большее дерево и измерив высоту с помощью длинной измерительной ленты. Измерения полюсов хорошо работают для небольших деревьев, устраняя необходимость в тригонометрии, включающей несколько треугольников, а также для деревьев, длина которых меньше минимальной дальности действия лазерных дальномеров. Колби Ракер пишет: «Для самых маленьких деревьев хорошо подойдет шестифутовая складная линейка плотника. Выше досягаемости линейки необходим шест. Шест маляра по алюминию выдвигается почти на двенадцать футов (3,7 м) и работает довольно хорошо. можно отрегулировать по высоте небольшого дерева, а столб измерить с помощью стальной ленты, прикрепленной к одному концу. Его можно поднять на вершину немного более высокого дерева, а расстояние до земли измерить столярным правилом. Для увеличения радиуса действия можно сделать два алюминиевых удлинителя, которые вставляются друг в друга, и оба помещаются внутри палки. В качестве верхней части я использовал прочную алюминиевую лыжную палку, которая удлиняет палку примерно на двадцать футов (6,1 м). удобен для большинства работ. Иногда требуется дополнительная высота и могут быть добавлены дополнительные длины, но на такой большей высоте шест становится громоздким. Для столбов можно использовать стандартные десятифутовые секции труб из ПВХ, но с увеличением они становятся более гибкими. длина."

Высоту деревьев также можно измерить напрямую с помощью альпиниста. Альпинист достигает вершины дерева, находя позицию как можно ближе к вершине, до которой можно безопасно добраться. Надежно закрепившись в этом положении, альпинист находит свободный путь и бросает на землю утяжеленную веревку. К концу сбрасываемой лески прикрепляют ленту и тянут вверх по пути утяжеленной лески. Нижним ориентиром является среднее положение ствола на уровне земли. Общая высота дерева до положения альпиниста считывается непосредственно с ленты. Для этих измерений обычно используются ленты из стекловолокна из-за их легкого веса, незначительного растяжения и отсутствия необходимости калибровки для использования при различных температурах. Если лента будет использоваться позже в качестве фиксированного эталона для последующих измерений объема багажника, верхнюю часть фиксируют с помощью нескольких канцелярских кнопок. Это удерживает ленту на месте во время измерения объема, но после завершения ее все равно можно вытащить снизу.

Измерение верхушки дерева

Шест обычно используется для измерения оставшейся высоты дерева. Альпинист поднимает выдвижной шест и использует его, чтобы добраться до вершины дерева из точки на верхнем конце ленты. Если он не вертикальный, измеряется наклон наклонной опоры и измеряется длина опоры. Расстояние по вертикали, добавляемое вехой к длине ленты, равно (sin Θ x длина вехи).

Дополнительные методы измерения высоты

Существует несколько дополнительных методов измерения высоты деревьев на расстоянии, которые могут дать достаточно точные результаты. К ним относятся традиционные методы съемки с использованием теодолита , перекрестной триангуляции, метода расширенной базовой линии, метода параллакса и метода треугольника.

Для измерения высоты деревьев можно использовать стандартные методы съемки. Теодолит с электронным измерением расстояния (функция EDM0 или тахеометр) может обеспечить точную высоту, поскольку можно последовательно выбрать конкретную точку на кроне дерева и «снять» ее через линзу с большим увеличением с перекрестием, установленным на штативе, что дополнительно стабилизирует устройство. Недостатками являются непомерно высокая стоимость прибора для обычных пользователей и необходимость четкого коридора для измерения горизонтального расстояния, который необходимо учитывать для каждого измерения, а также общее отсутствие легкой портативности.

Можно использовать методы перекрестной триангуляции. Вершину дерева рассматривают с одной позиции и отмечают линию вдоль земли от наблюдателя к вершине дерева. Затем вершину дерева определяют со второй точки обзора, в идеале под углом около 90 градусов вокруг дерева от первой точки, и снова отмечают линию, идущую вдоль земли к вершине дерева. Пересечение этих двух линий должно находиться на земле прямо под верхушкой дерева. Как только это положение станет известно, высоту верхушки дерева над этой точкой можно будет измерить методом касательной без необходимости использования лазерного дальномера. Затем можно измерить относительную высоту этой точки по отношению к основанию дерева и определить общую высоту дерева. Команда из двух человек облегчит этот процесс. К недостаткам этого метода относятся, среди прочего: 1) сложность правильного определения фактической вершины дерева с земли, 2) возможность найти одну и ту же вершину с обеих позиций и 3) это очень трудоемкий процесс.

Метод внешней базовой линии, разработанный Робертом Т. Левереттом. основан на идее о том, что угол к вершине объекта будет разным, если смотреть на него с двух разных расстояний вдоль общей базовой линии. Высоту дерева над базовой линией уровня можно определить путем измерения угла к вершине дерева из двух разных положений, одно дальше другого, вдоль одной и той же базовой линии и горизонтальной плоскости, если известно расстояние между этими двумя точками измерения. .

Расширенное измерение высоты базового дерева

Точно измеряя разницу между углами и расстоянием до объекта с более близкого положения, можно рассчитать высоту объекта. Этот процесс требует очень точного измерения угла. Чтобы использовать метод как для верха, так и для основания, требуется восемь измерений и использование трех отдельных формул. Набор формул применяется один раз к вершине дерева и один раз к низу. Если базовая линия не может быть ровной, необходимо выполнить более сложный расчет, учитывающий наклон базовой линии. Была разработана электронная таблица Excel, которая автоматизирует расчеты и доступна на веб-сайте ENTS BBS. Он охватывает распространенные методы, основанные на касательных, и включает анализ ошибок. Существует ряд вариантов других сценариев, в которых точки наблюдения находятся на разной высоте или не на одной базовой линии.

Метод параллакса 3-D это метод съемки для косвенного измерения высоты дерева, разработанный Майклом Тейлором. Метод параллакса включает в себя нахождение двух разных видов вершины дерева, разницы на уровне земли и углов горизонтальной стреловидности между вершиной и двумя видами. Эти значения можно использовать в алгебраическом уравнении для определения высоты вершины дерева над вычисленной станцией. В методе параллакса не проводятся прямые измерения ствола или верхушки дерева.

Метод трех вертикалей (ранее метод треугольника) представляет собой модификацию более простого метода параллакса. Высоту дерева можно измерить косвенно, не измеряя углы горизонтальной развертки, которые сложно получить точно в полевых условиях. С помощью этого метода найдите три открытых вида в любом пространстве до верхушки дерева. В идеале эти точки должны находиться в пределах видимости друг друга, чтобы избежать непрямых обследований. После того, как геодезист снял три вертикальных угла к вершине дерева, измеряются наклонные расстояния и углы между тремя точками наблюдения. Затем высоту верхушки дерева можно определить с помощью ряда уравнений, которые требуют итеративного численного решения и использования компьютера. Техника треугольника, уравнения, диаграммы измерений и выводы были разработаны Майклом Тейлором и доступны на его веб-сайте. Программа для расчетов написана на бейсике и ее также можно скачать с его сайта.

ЛиДАР

Воздушный LiDAR часто недооценивает истинную высоту деревьев (слева); недооценка более серьезна при более низкой плотности выборки LiDAR из-за более высокой вероятности пропустить верхушки деревьев (справа).

LiDAR , аббревиатура от Light Detection and Ranging, представляет собой технологию оптического дистанционного зондирования , которая может измерять расстояние до объектов. Данные LiDAR общедоступны для многих областей. и эти наборы данных можно использовать для отображения высоты деревьев, присутствующих в любом из этих мест. Высота определяется путем измерения расстояния до земли с воздуха, расстояния до верхушек деревьев и отображения разницы между двумя значениями. Отчет Геологической службы США сравнили наземные измерения, выполненные с помощью тахеометра на двух разных участках, в одном из которых преобладала пихта Дугласа ( Pseudotsuga menziesii ), а в другом - сосна пондероза ( Pinus ponderosa ), с результатами, полученными на основе данных LiDAR. Они обнаружили, что измерения высоты, полученные с помощью узкого луча (0,33 м) и высокой плотности (6 точек/м2) LiDAR, были более точными (средняя ошибка i: SD = -0,73 + 0,43 м), чем измерения, полученные с помощью широкого луча (0,8 м). ) ЛиДАР (-1,12 0,56 м). Измерения высоты, полученные с помощью LiDAR, были более точными для сосны пондерозы (-0,43 i: 0,13 м), чем для пихты Дугласа (-1,05 i: 0,41 м) при настройке узкого луча. Высота деревьев, полученная с использованием традиционных полевых методов (-0,27 ± 0,27 м), была более точной, чем высота, полученная с помощью LiDAR (-0,73 i: 0,43 м для установки узкого луча).

Келли и др. обнаружили, что LiDAR с размером ячейки 20 футов (6,1 м) для целевой области в Северной Каролине не имел достаточной детализации для измерения отдельных деревьев, но был достаточен для определения лучших участков произрастания со зрелым лесом и наиболее высокими деревьями. Они обнаружили, что поверхности с высокой отражающей способностью, такие как вода и крыши домов, иногда ошибочно отображаются как высокие деревья на картах данных, и рекомендуют координировать использование LiDAR с топографическими картами для выявления этих потенциальных ложных результатов. Занижение истинной высоты отдельных деревьев было обнаружено для некоторых мест высоких деревьев, расположенных на картах LiDAR, и это было связано с сбоем LiDAR при том разрешении, которое, похоже, не обнаруживает все ветки в пологе леса. Они пишут: «Помимо использования LiDAR для обнаружения высоких деревьев, есть большие перспективы использования LiDAR для обнаружения старовозрастных лесов. Полог из-за частых и часто удивительно равномерно расположенных промежутков между падениями деревьев. Поиск уравнений, которые могут прогнозировать старовозрастные леса различных типов с использованием LiDAR и других источников данных, является важной областью научных исследований, которые могут способствовать дальнейшему сохранению старовозрастных лесов».

Карты глобальной высоты полога были разработаны Майклом Лефски с использованием LiDAR в 2010 году. и обновлен год спустя командой под руководством Марка Симарда из Лаборатории реактивного движения НАСА. Уменьшенную версию карты можно найти на веб-сайте Земной обсерватории НАСА.

LiDAR часто использовался членами NTS для поиска участков с высокими деревьями и определения мест внутри участка с наибольшим потенциалом для обнаружения высоких деревьев. Они обнаружили, что LiDAR является полезным инструментом для исследования мест перед посещением, но для точности значений необходимо подтвердить их точность. Майкл Тейлор пишет: «На равнинных территориях, таких как государственный парк Гумбольдт Редвудс, точность LiDAR обычно была в пределах 3 футов (91 см) и имела тенденцию быть консервативной. На крутых холмах точность LIDAR часто завышалась на 20 футов (6,1). м) больше из-за того, что секвойи имеют тенденцию наклоняться вниз по холмам в выемчатых каньонах, поскольку они ищут открытые места для большего количества света. Если дерево растет рядом с оврагом, то завышенная оценка по данным LiDAR была скорее нормой, чем исключением. только 50% деревьев из списка попаданий LiDAR из национального парка Редвуд на самом деле были деревьями высотой более 350 футов (110 м). Из государственного парка Гумбольдт Редвудс почти 100% результатов LiDAR, которые оказались высотой более 350 футов (110 м), на самом деле были деревьями. деревья высотой более 350 футов (110 м) при подтверждении с земли или с помощью ленты, развернутой альпинистом. Это зависит от местности и того, насколько хорошо была зафиксирована граница между землей и стволом. Для крутых и густых пологов определение грунта является серьезной проблемой. Обзор использования LiDAR для измерения деревьев написал Пол Йост на сайте NTS. Данные по большей части территории США можно скачать с Геологической службы США. или из различных государственных органов. Доступно несколько различных программ просмотра данных. Айзенбург и Сьючук разработали программное обеспечение для визуализации LiDAR в Google Earth. Другая программа просмотра называется Fusion, программный инструмент для просмотра и анализа LiDAR, разработанный группой лесоводства и лесных моделей исследовательского отделения Лесной службы США. Стив Гейлхаус предоставляет пошаговое руководство по использованию программного обеспечения Fusion в дополнение к инструкциям на самом веб-сайте Fusion.

Google Планета Земля

В 2012 году Google Earth начала предлагать 3D-модели некоторых крупных городов с использованием стереофотограмметрии. которая позволяет пользователям измерять высоту зданий и деревьев, регулируя высоту многоугольника в 3D, или использовать функцию «Линейка» для измерения высоты объекта на 3D-пути в Google Earth Pro. В Google Earth существуют и другие методы аппроксимации высоты деревьев. С помощью просмотра улиц можно настроить высоту новой метки так, чтобы она совпадала с верхушкой дерева или здания, а другие методы включают оценку общей высоты здания или дерева по длине тени на 2D-аэрофотоснимке или спутниковом изображении.