Измерение кроны дерева

В лесном хозяйстве измерение кроны дерева — это одно из измерений кроны дерева, которое состоит из массы листвы и ветвей , растущих наружу от ствола дерева. Средний разброс кроны — это средняя горизонтальная ширина кроны, измеренная от капельницы до капельницы при движении вокруг кроны. Капельная линия — это внешняя граница области, расположенной непосредственно под внешней окружностью ветвей деревьев. Когда крона дерева намокает, лишняя вода сливается на землю по этой капельной линии. В некоторых объявлениях также указывается максимальное расширение кроны, которое представляет собой наибольшую ширину от капельной линии до капельной линии поперек кроны. Другие обычно измеряемые размеры кроны включают длину ветвей, объем кроны и плотность листвы. Картирование навеса исследует положение и размер всех ветвей вплоть до определенного размера в кроне дерева и обычно используется при измерении общего объема древесины дерева.

Средний размах кроны — один из параметров, обычно измеряемых в рамках различных программ деревьев-чемпионов и документации. Другие часто используемые параметры, указанные при измерении дерева , включают высоту, обхват и объем. Дополнительная информация о методологии измерения высоты дерева , измерения обхвата дерева и измерения объема дерева представлена ​​по ссылкам здесь. Например, компания American Forests использует формулу для расчета баллов Big Tree Points в рамках своей программы Big Tree. который дает дереву 1 балл за каждый фут высоты, 1 балл за каждый дюйм обхвата и ⁠ 1/4 ⁠ 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.

Самый большой зарегистрированный спред кроны

Данные о наибольшем разбросе кроны несколько ограничены, поскольку этот параметр измеряется не так часто, как высота дерева и обхват ствола. Самым крупным из зарегистрированных является «Монстр Монкира» ( Eucalyptus microtheca ), расположенный в водоеме Нейрагалли на юго-западе Квинсленда, Австралия, его высота в 1954 году составляла 239 футов. В 1857 году было измерено, что у дождевого дерева ( Albizia saman ) в Венесуэле размах кроны составил 207 футов. Сообщается, что оно все еще живо, но у него слабое здоровье. Сайт Университета Коннектикута предполагает, что в дикой природе они могут иметь размах кроны до 80 метров. Роберт Ван Пелт измерил ширину кроны дерева капок ( Ceiba pentandra ) на острове Барро-Колорадо в Панаме в 2003 году на 201 фут.

Методики распространения кроны

Перекрестный метод

Средний размах кроны представляет собой среднее значение длин самого длинного размаха от края до края по кроне и самого длинного размаха, перпендикулярного первому поперечному сечению центральной массы кроны. Размах кроны принимается независимо от положения туловища. Размах следует измерять до кончиков конечностей, а не до «зазубрин» в форме кроны, и примерно под прямым углом друг к другу.

Средний спред короны = (самый длинный спред + самый длинный перекрестный спред)/2

Геодезист находит точку на земле непосредственно под кончиком ветки на одном конце измерений и отмечает это положение. Затем он перемещается на противоположную сторону кроны и находит точку под кончиком этой ветки. Спред вдоль этой линии представляет собой горизонтальное расстояние между этими двумя позициями. На крутом склоне (более 15 градусов) измеренное расстояние между двумя точками можно скорректировать до истинной горизонтали с помощью базовой тригонометрии. Горизонтальное расстояние = cos (наклон) × наклонное расстояние. Помощь помощника или использование лазерного дальномера могут значительно ускорить этот процесс. При использовании лазерного дальномера, например, при измерении высоты дерева, можно исследовать несколько точек на дальнем краю кроны, чтобы найти самую дальнюю точку. Лазерный дальномер также полезен для измерения размаха кроны там, где одна сторона кроны труднодоступна, например, дерево, растущее на склоне скалы или другого препятствия. Измерения с использованием лазерного дальномера, если они производятся под большим углом, необходимо скорректировать на истинное горизонтальное расстояние, используя приведенную выше формулу.

Измерение размаха кроны дерева

Говорил метод

При использовании спицевого метода от внешней капельницы кроны до бокового края ствола снимают четыре и более мерок. Расстояние до бокового края ствола практически равно по длине расстоянию до центра ствола. Если измерение от капельной линии кроны до бокового края ствола не ровное, то измеренную длину необходимо преобразовать в горизонтальное расстояние.

длина спицы = cos(наклон) × (измеренное расстояние)

Если угол наклона меньше 10 градусов, разница между горизонтальным расстоянием и измеренной длиной будет менее 1,5% для наклонных расстояний менее 100 футов. Эти отдельные длины спиц усреднены, и это среднее значение равно половине среднего размаха коронки. Чем больше спиц будет измерено в процессе, тем точнее будет характеристика среднего размаха коронки.

$2\times {\frac {\text{sum}}{n}}={\text{average crown spread}}$

Это предпочтительный метод исследователей кроны, он, вероятно, самый точный и может также использоваться для количественной оценки площади кроны. На больших деревьях это можно быстро сделать с помощью лазерного дальномера.

Еще один случай, когда полезны лазерный дальномер и клинометр, — это если купол находится высоко над землей. Например, белая сосна обычно имеет длинный голый стебель, ветви которого начинаются далеко вверх. В этих случаях для расчета длины спиц можно использовать серию снимков, сделанных на внешних концах ветвей, стоящих сбоку от ствола. В этом случае углы будут крутыми, а длина спицы составит:

cos(наклон) × (расстояние, измеренное лазером) = длина спицы

Измерения Google Планета Земля

Благодаря увеличению доступности аэрофотоснимков высокого разрешения через Google Earth можно различить кроны отдельных деревьев, что дает еще один вариант измерения размаха кроны. Сама Google Планета Земля включает в себя линейку, которую можно использовать для измерения диаметра или спиц по кроне дерева. В качестве альтернативы можно измерить площадь кроны и на основе этого значения рассчитать размах кроны. EasyAcreage — это инструмент измерения площади Google Earth, который вычисляет площадь любой формы, выделенной на дисплее Google Earth. Периметр дерева можно отследить на спутниковом снимке, а программа рассчитает площадь.

Средний разброс кроны можно определить по простой формуле:

${\text{crown spread}}=2\times {\sqrt {\frac {\text{area}}{\pi }}}$

Эта площадь является площадью эквивалентного круга. Измерения, выполненные с помощью приложения дистанционного зондирования, возможно, придется проверить лично.

Леверетт также предоставил четыре варианта измерения площади кроны с помощью компаса и клинометрической съемки вокруг внешнего края кроны или с помощью комбинации измерений от края кроны и до ствола, а также измерений по периметру кроны. Все четыре описывают капельную линию области кроны многоугольником и делят многоугольник на ряд соседних треугольников, измеряют площадь каждого треугольника и суммируют их. Один из вариантов, полигональный метод, измеряет каждую сторону треугольника, чтобы вычислить его площадь. Второй и третий методы используют азимуты и одно расстояние до ствола для расчета площади. Четвертый метод, Азимутовый метод, требует только измерения азимутов и расстояний от точки к точке по периметру кроны.

Полигональный метод

Измеритель проходит по периметру коронки довольно близко к капельной линии. На земле выделяются точки, обозначающие контур кроны, и отмечаются таким образом, чтобы следующая точка всегда была видна относительно предыдущей. Для первой точки измеряется расстояние до центра ствола дерева и вертикальный угол к точке. Затем измеряется расстояние до следующей внешней точки вместе с вертикальным углом. Измеритель переходит к следующей внешней точке и повторяет процесс, продолжая движение по часовой стрелке, пока коронка не будет окружена. Последняя сторона первого треугольника становится первой стороной второго треугольника и так далее, поэтому измерения всех трех сторон требуются только для первого треугольника. В результате получается ряд смежных треугольников с определенными сторонами. Площадь каждого треугольника вычисляется по его сторонам и вычисляется сумма площадей. Каждый треугольник покрывает часть области кроны. Сумма треугольников равна общей площади проекции кроны. Необходимые инструменты включают лазерный дальномер или рулетку и клинометр.

Азимутальный метод

В четвертом методе измеритель не взаимодействует ни со стволом, ни с какой-либо внутренней точкой многоугольника. Измеритель проходит по периметру, измеряя горизонтальные расстояния и азимут до следующей точки, пока периметр кроны не будет обведен. Это самый простой и гибкий метод из четырех. Этот метод также можно легко использовать для измерения площадей других встречающихся объектов, например групп деревьев или весенних прудов.

Максимальный разброс кроны

Это еще одно измерение, которое иногда собирают. Максимальный разброс кроны — это максимальная ширина кроны по любой оси от капельной линии на одной стороне дерева до капельной линии на противоположной стороне дерева.

Плотность кроны

Лесная служба Министерства сельского хозяйства США опубликовала руководящий документ на полевых оценках различных характеристик кроны, помимо обычно проводимых базовых измерений. Включен ряд определений терминов, формы кроны, плотности кроны/прозрачности листвы, соотношения неуплотненной живой кроны, класса жизнеспособности и различных оценок отмирания.

Плотность кроны — это количество ветвей кроны, листвы и репродуктивных структур, которые блокируют видимость света через крону. Каждая порода деревьев имеет нормальную крону, которая варьируется в зависимости от участка, генетики, повреждения дерева и т. д. Она также служит индикатором ожидаемого роста в ближайшем будущем. Плотность кроны можно оценить с помощью карты прозрачности плотности кроны и листвы. Используя карту для справки, наблюдатель оценивает, какой процент света блокируется массой кроны. Оценки производятся в двух разных направлениях под прямым углом и сверяются для определения густоты кроны. Существуют также различные электронные денситометры, которые измеряют плотность кроны или листвы.

Оценка объема кроны

Объем кроны включает в себя весь живой полог дерева от основания живой кроны до верхнего края кроны и от наружного края кончиков ветвей внутрь. Сюда не входят мертвые ветви над или под живой частью кроны, а также эпикормические побеги под основанием живой кроны. Он включает в себя пустоты или пустоты, заключенные в этих границах. Объем кроны действительно измеряет массу ветвей или листвы, поскольку он не включает измерения плотности листвы и ветвей, а не их веса. Объемы кроны, как правило, не могут быть адекватно представлены простыми геометрическими формами из-за их неправильной формы.

Для чрезвычайно сложных форм поверхность коронки можно нанести на карту в трех измерениях с помощью серии внешних или внутренних съемочных станций. С каждой станции положение точки на поверхности кроны можно нанести на карту с помощью компаса, лазерного дальномера и клинометра. Произведенные измерения включают азимут от места съемки, расстояние от места съемки, расстояние до точки и наклон к точке. Их можно преобразовать в координаты ( x , y , z ) для каждой точки, а измерения между различными точками съемки можно связать вместе, измеряя относительные положения между различными точками съемки.

Расстояние до целевой точки:

cos(наклон) × лазерное расстояние = (горизонтальное расстояние)

Положение точки относительно своего положения с использованием магнитного севера равно:

y -ось = (горизонтальное расстояние) × cos(азимут)

ось x = (горизонтальное расстояние) × sin(азимут)

Высота точки относительно места измерения равна:

Ось z = sin(наклон) × расстояние, измеренное лазером = высота

Необходимо провести достаточные измерения для создания трехмерного графика поверхности внешнего края навеса. Затем объем можно разбить на более мелкие фрагменты, рассчитать объем каждого отдельного фрагмента и сложить объем всех фрагментов для определения общего объема купола.

Объемы кроны живого дуба

Кроны большинства деревьев слишком неправильной формы, чтобы их можно было смоделировать простой геометрической фигурой. Исключением могут быть неглубокие куполообразные кроны открытых живых дубов ( Quercus Virginiana ) на юге и юго-востоке США. Хорошим описанием общей формы было бы сравнить ее с открытой частью полусферы, частично зарытой в землю. Разработана модель, с помощью которой можно определить объем крон деревьев такой формы. Крона дерева подходит к этой модели фигуры, если:

а) имеет куполообразную верхнюю поверхность,

б) основание кроны ровное или находится на уровне земли на ровной поверхности, и

в) ширина раскрытия кроны больше или равна удвоенной вертикальной толщине кроны.

Многие из живых дубов не имеют идеально круглой формы отпечатка кроны. Одна ось дерева будет шире перпендикулярной оси. Если эти значения относительно близки, просто усредните две оси, чтобы получить средний разброс кроны. Если они сильно различаются, то длины осей можно преобразовать в эквивалентный радиус окружности для использования при расчете объема кроны по следующей формуле:

${\sqrt {{\text{radius}}_{\text{minor axis}}\times {\text{radius}}_{\text{major axis}}}}$

Эта поправка невелика. Для расчета объемов была разработана электронная таблица Excel.

Метод вращения профиля. Объем кроны можно определить по трем значениям:

1. распростертая крона,
2. толщина кроны,
3. форма кроны.

Будет измерена толщина кроны и средний размах кроны, а общая форма кроны дерева будет определена путем визуального сравнения с таблицей. Форма кроны будет использоваться для получения значения формы кроны (CF) для деревьев различной формы и станет третьим параметром формулы расчета объема кроны. Крону дерева можно разделить на 10 дисков, каждый из которых составляет 1/10 высоты кроны. Диаметр каждого диска можно выразить как некоторую долю среднего размаха кроны. Независимо от того, выше ли дерево и каждый диск представляет собой большую длину кроны, или если размах кроны больше или меньше, каждый диск будет представлять одну и ту же долю общего объема кроны. Учтите, что должен быть один цилиндр той же высоты, что и толщина короны, и иметь тот же объем, что и коронка неправильной формы. Тогда проблема сводится к определению диаметра этого цилиндра так, чтобы его объем равнялся объему кроны дерева. Объем каждого из отдельных дисков можно рассчитать по формуле объема цилиндра:

${\text{volume of disk}}=\pi \times {\text{height}}\times {\text{radius}}^{2}=\pi \times {\frac {{\text{height}}\times ({\text{diameter}}^{2})}{4}}$

Переставив числа, можно получить формулу радиуса, необходимого для решения с одним цилиндром. Высота и π выпадают, и в результате получается необходимый радиус, равный квадратному корню из среднего квадрата радиуса для каждого из дисков.

${\text{radius}}_{\text{cylinder}}={\sqrt {\operatorname {average} (r^{2})}}$

Профили формы деревьев можно рассчитать индивидуально для каждого встреченного дерева. Однако изучение профилей большого количества деревьев разных пород показало, что типичные профили различаются по закономерному закону, и для каждого семейства профилей существует значение формы кроны, которое можно использовать для расчета объема кроны. Каждая другая форма коронки будет иметь соответствующее отношение формы коронки измеренного максимального среднего разброса коронки к радиусу эквивалентного диаметра цилиндра. Это значение нельзя использовать напрямую, но сначала его необходимо преобразовать в уникальное значение форм-фактора Crown.

Формулу эквивалентного цилиндра можно выразить следующим образом:

${\begin{aligned}&{\text{crown volume}}={\text{volume of equivalent cylinder}}=\pi hr^{2}\\[5pt]={}&\pi \times {\frac {({\text{thickness of crown}})\times {\sqrt {{\text{crown shape ratio}}\times {\text{average minimum crown spread}}}}}{4}}\\[5pt]&{\text{where average minimum crown spread}}=2\times {\text{average maximum radius}}\end{aligned}}$

Константы можно переставить, чтобы получить коэффициент формы короны (CF):

${\text{CF}}={\frac {\pi \times ({\text{crown shape ratio}})^{2}}{4}}$

Тогда общее уравнение объема можно переписать следующим образом:

${\text{crown volume}}=({\text{CF}})\times ({\text{crown thickness}})\times {\big (}{\text{average minimum crown spread}})^{2}$

Таким образом, сложная задача оценки объема кроны сводится к двум легко измеряемым параметрам – среднему максимальному размаху кроны и ее толщине, и одному значению, которое можно определить путем визуального сопоставления форм из таблицы стандартных форм. Открытые участки, содержащиеся в объеме ротации, считаются частью объема кроны, а отдельные кончики ветвей, выходящие за пределы объема ротации, исключаются. Некоторые деревья просто имеют слишком неправильную форму кроны, чтобы использовать этот метод для определения объема кроны. Эти деревья, если требуется значение объема кроны, необходимо будет оценивать по секциям, а объем каждой секции рассчитывать индивидуально.

Длина конечности

Самая длинная конечность измеряется от воротника, где она выходит из туловища, до самой дальней горизонтальной точки. Также следует отметить, является ли конечность самостоятельной или касается ли она земли где-то по своей длине. Длину конечности можно также измерить по контуру самой конечности. Если это легко доступно, это можно сделать, просто используя рулетку. Если до конечности невозможно добраться, необходимо использовать методы дистанционного измерения. Существует несколько эффективных методов измерения, которые могут предоставить нам полезную информацию о разгибании конечностей.

Длина прямой линии снизу

Длину конечности можно измерить с помощью лазерного дальномера и клинометра, если обе конечные точки конечности видны из точки под концом конечности. Вертикальное расстояние измеряется до конца конечности непосредственно над точкой измерения под углом 90 градусов. Затем измеряют наклон и расстояние до другого конца конечности, где она выходит из туловища. Длина прямой линии конечности от туловища до кончика может быть рассчитана с использованием закона косинусов.

Для длинных конечностей с изменяющейся кривизной почти всегда требуется определение длины конечности на более мелкие сегменты, при этом каждый сегмент измеряется независимо, если необходимо достичь приемлемой точности. Длина может быть рассчитана на основе модели двумерной криволинейной регрессии с использованием нескольких точек измерения. Это перспективно при условии, что используется программа регрессии, которая допускает как двумерную линейную, так и нелинейную регрессию. Хорошим статистическим пакетом, обеспечивающим такую ​​возможность, является Minitab, который поддерживает уравнения второй и третьей степени. Модели регрессии для парабол и экспоненциальных кривых были разработаны NTS в формате электронных таблиц Excel для измерителей, которые не используют статистическое программное обеспечение. Особый интерес представляет параболическая кривая. Приложение для электронных таблиц для параболических кривых было разработано NTS. В электронной таблице парабола подгоняется к 4 или более точкам (допускается до 10) с использованием метода наименьших квадратов, а затем рассчитывается длина(ы) конечности с использованием правила Симпсона для вычисления определенного интеграла.

Длина конечности через внешнюю исходную позицию. Наземные измерения могут использоваться для дистанционного измерения длины конечностей и диаметров секций ветвей с помощью монокуляра с сеткой или фотографического анализа. Длину сегмента можно определить путем измерения положения конечных точек ветки в трехмерном пространстве от внешней исходной позиции. Затем длина вычисляется с применением теоремы Пифагора . Следующая диаграмма иллюстрирует этот процесс.

Трехмерные координатные расчеты

Из внешней опорной позиции O прямое расстояние до L ₁ измеряется до P ₁ вместе с вертикальным углом V ₁ и азимутом A ₁ . координаты x ₁ , y ₁ и z ₁ Затем вычисляются . Тот же процесс повторяется для P ₂ .

Данная последовательность осуществляется следующим образом:

Горизонтальное расстояние d ₁ от начальной контрольной точки O до целевой точки P ₁ вычисляется как d ₁ = cos(наклон) × лазерное расстояние = L ₁ sin V ₁ Значение x в первой точке равно: x ₁ = sin(азимут) × горизонтальное расстояние = d ₁ sin A ₁ Значение y в первой точке равно: y ₁ = cos(азимут) × горизонтальное расстояние = d ₁ cos A ₁ Значение z в первой точке равно: z ₁ = sin(наклон) × расстояние лазера = L ₁ sin V ₁ Этот процесс повторяется для P ₂ , чтобы получить ( x ₂ , y ₂ , z ₂ )Последний шаг — вычислить расстояние от P ₁ до P ₂ ( L ) по следующей формуле.

$L={\sqrt {(x_{2}-x_{1})^{2}+(y_{2}-y_{1})^{2}+(z_{2}-z_{1})^{2}}}$

Обратите внимание, что мы возводим в квадрат изменения значений x , y и z , складываем эти квадраты и извлекаем квадратный корень из суммы.

Леверетт разработала методологию, согласно которой длина конечности измеряется с помощью монокуляра с сеткой, ориентированной вдоль ориентации конечности, расстояния до любого конца сегмента конечности и рассчитанного коэффициента масштабирования для определения длины конечности. По сути, это кажущаяся длина конечности на каждом конце с использованием расстояния до этой точки и коэффициента масштабирования для этого расстояния, как если бы конечность была перпендикулярна наблюдателю. Эти длины считаются вершиной и основанием правильной трапеции с высотой, равной разнице расстояний между двумя точками. Тогда истинную длину конечности можно рассчитать, рассматривая ее как диагональ трапеции.

Картографирование навеса

Картирование навеса — это процесс, при котором положение и размер ветвей внутри навеса наносятся на карту в трехмерном пространстве. Это трудоемкий процесс, который обычно применяется только к наиболее важным образцам. Обычно это делается из заданной позиции или серии позиций в дереве. Для облегчения процесса используются эскизы и фотографии. Лазают по деревьям и наносят на карту общую архитектуру, включая расположение главного ствола и всех повторяющихся стволов, а также всех ветвей, исходящих от стволов. Также наносится на карту положение каждой точки ветвления в кроне до определенного размера, а также положения различных повторений, разрывов, изломов или любых других эксцентриситетов в дереве. У каждого нанесенного на карту ствола и ветви измеряется базальный диаметр, длина, азимут. Альпинисты измеряют определенные окружности и детализируют другие особенности дерева.

См. также

• Агролесомелиорация
• Закрытие короны
• Коронные классы
• правило ветвления да Винчи
• Диаметр на высоте груди
• Динамика леса
• Лесное хозяйство
• Лесная инвентаризация
• Лесная информатика
• Очерк лесного хозяйства