Измерение кроны дерева - Tree crown measurement

Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста помоги Улучши это или обсудите эти вопросы на страница обсуждения. (Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны) эта статья предоставляет недостаточный контекст для тех, кто не знаком с предметом. Пожалуйста помоги улучшить статью от обеспечение большего контекста для читателя. (апрель 2013) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) Примеры и перспективы в этой статье может не представлять мировое мнение предмета. Ты можешь улучшить эту статью, обсудите вопрос на страница обсуждения, или создать новую статью, в зависимости от обстоятельств. (Июль 2013) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Часть измерение дерева является измерение корона дерева, который состоит из массы листвы и ветвей, растущих наружу от ствола дерева. Средний размах коронки - это средняя горизонтальная ширина коронки, взятая от капельной линии к капельной при ее движении вокруг коронки. Капельная линия является внешней границей участка, расположенного непосредственно под внешней окружностью ветвей дерева. Когда полог дерева намокает, вся лишняя вода сливается на землю по этой капельной линии. В некоторых списках также указан максимальный разброс коронки, который представляет собой наибольшую ширину от капельной линии до капельной линии поперек коронки.^[1][2][3] Другие измерения кроны, которые обычно проводятся, включают длину конечностей, объем кроны и густоту листвы. Картирование кроны обозначает положение и размер всех ветвей вплоть до определенного размера в кроне дерева и обычно используется при измерении общего объема древесины дерева.

Средний разброс кроны - один из параметров, обычно измеряемых в рамках различных программ деревьев чемпионов и документации. Другие часто используемые параметры, указанные в измерение дерева, включая рост, обхват и объем. Дополнительные сведения о методологии измерение высоты дерева, измерение обхвата дерева, и измерение объема дерева представлены по ссылкам здесь. Например, компания American Forests использует формулу для расчета точек большого дерева в рамках своей программы Big Tree.^[3] который присуждает дереву 1 балл за каждую ногу высоты, 1 балл за каждый дюйм обхвата и¹⁄₄ точка за каждую ногу разворота коронки. Дерево, набравшее наибольшее количество очков для данного вида, в их реестре считается чемпионом. Другой обычно измеряемый параметр, помимо информации о породе и местонахождении, - это объем древесины. Общий план измерений деревьев представлен в статье «Измерение деревьев», а более подробные инструкции по выполнению этих основных измерений приведены в «Руководстве по измерению деревьев Восточного общества коренных народов» Уилла Блоцана.^[1][2]

Самые большие зарегистрированные спреды крон

Данные о наибольшем размахе кроны несколько ограничены, поскольку этот параметр измеряется не так часто, как высота дерева и обхват ствола. Самый крупный из зарегистрированных - «Монкира Монстр» (Эвкалиптовая микротека ), расположенного у водопоя Нейрагулли на юго-западе Квинсленда, Австралия, который в 1954 году имел длину 239 футов.^[4] Дождевое дерево (Альбизия Саман ) в Венесуэле, согласно оценкам, в 1857 году его ширина составляла 207 футов. Сообщается, что он все еще жив, но в плохом состоянии.^[4] Сайт Университета Коннектикута^[5] предполагает, что в дикой природе они могут иметь размах кроны до 80 метров. Роберт Ван Пелт измерил ширину кроны в 201 фут дерева капок (Сейба пентандра ) на острове Барро-Колорадо, Панама, в 2003 году.^[4]

Методики распространения короны

Кросс-метод

Средний размах коронки - это среднее значение длины самого длинного разлета от края до края по всей кроне и самого длинного разлета, перпендикулярного первому поперечному сечению через центральную массу кроны.^[1][2][3] Распространение кроны берется независимо от положения ствола. Размах следует измерять до кончиков конечностей, а не до «выемок» в форме макушки, и примерно под прямым углом друг к другу.

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

Геодезист находит точку на земле непосредственно под концом ветви на одном конце измерений и отмечает это положение. Затем он переходит к противоположной стороне короны и находит точку под концом ветки. Разброс по этой линии - это горизонтальное расстояние между этими двумя позициями. На крутых склонах (более 15 градусов) расстояние между двумя точками можно скорректировать до истинного горизонта 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, как и при измерении высоты дерева, можно исследовать несколько точек на дальнем крае кроны, чтобы найти самую дальнюю точку. Лазерный дальномер также полезен для измерения ширины кроны там, где одна сторона кроны труднодоступна, например, дерево, растущее на скале или другом препятствии. Измерения с использованием лазерного дальномера, если они сделаны под большим углом, необходимо скорректировать на истинное горизонтальное расстояние, используя приведенную выше формулу.

Измерение распространения кроны деревьев

Говорил метод

При использовании метода спиц выполняется четыре или более измерений от внешней капельной линии короны до бокового края ствола. Расстояние до бокового края ствола практически равно расстоянию до центра ствола. Если измерение от капельной линии короны до бокового края ствола неровно, 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 меньше 1,5% для наклонных расстояний менее 100 футов. Эти отдельные длины спиц усреднены, и это среднее значение равно половине среднего разлета коронки. Чем больше спиц измеряется в процессе, тем точнее определяется средний размах коронки.

${ displaystyle 2 cdot { frac { text {sum}} {n}} = { text {средний разброс кроны}}}$

Это предпочтительный метод исследователей растительного покрова, который, вероятно, является наиболее точным, а также может использоваться для количественной оценки площади кроны. На больших деревьях это можно сделать быстро с помощью лазерного дальномера.^[1]

Другой случай, когда полезны лазерный дальномер и клинометр, - это если купол находится высоко от земли. Например, белая сосна обычно имеет длинный голый стебель с ветвями, начинающимися высоко по стволу. В этих случаях для расчета длины спиц можно использовать серию снимков, сделанных по внешнему краю ветвей, стоящих сбоку от ствола. В этом случае углы будут крутыми, а длина спицы составит:

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

Измерения Google Earth.

С увеличением доступности аэрофотоснимков высокого разрешения, доступных через Google Планета Земля^[6] можно выделить кроны отдельных деревьев, что дает еще один вариант измерения размаха кроны.^[7] Широту и долготу дерева можно узнать прямо из Google Earth. Сама программа Google Планета Земля включает в себя линейку, которую можно использовать для измерения диаметров или спиц на кроне дерева. В качестве альтернативы можно измерить площадь коронки и рассчитать разброс коронки на основе этого значения. EasyAcreage V1.0 (демонстрационная версия)^[8] это инструмент измерения площади в Google Планета Земля, который вычисляет площадь любой формы, очерченной на экране Google Планета Земля. Обведите контур кронштейна деревьев, следуя ветвям и впадинам по периметру кроны, включая любые закрытые углубления в пределах контура кроны деревьев, и прочтите область, предоставленную Easy Acreage. Средний размах кроны можно определить по простой формуле:

${ displaystyle { text {распространение короны}} = 2 { sqrt { frac { text {area}} { pi}}}}$

размах короны = 2 (площадь / π)^½

Здесь видно, что площадь - это площадь эквивалентного круга. Для критических измерений рекомендуется лично проверить измерения, сделанные с помощью приложения дистанционного зондирования.

Leverett^[9][10] также предоставил четыре варианта измерения площади коронки с помощью компаса и клинометра вокруг внешнего края коронки или путем комбинации измерений от края коронки до туловища и по периметру коронки. Все четыре очерчивают капельницу области короны многоугольником и делят многоугольник на ряд смежных треугольников, измеряют площадь каждого треугольника и просуммируют их. Один из вариантов, полигональный метод, измеряет каждую сторону треугольника для вычисления его площади. Второй и третий методы используют азимуты и одно расстояние до ствола для расчета площади. Четвертый метод, метод азимута, требует только азимутов и измерений расстояния от точки к точке по периметру короны.

Полигональный метод

Измеритель проходит по периметру коронки, довольно точно следуя по капельной линии. На земле отмечаются точки, которые представляют собой контур короны, и отмечаются таким образом, чтобы следующая точка всегда была видна по сравнению с предыдущей. Для первой точки расстояние до центра ствола дерева измеряется вместе с вертикальным углом к ​​точке. Затем вместе с вертикальным углом измеряется расстояние до следующей внешней точки. Измеритель перемещается к следующей внешней точке и повторяет процесс, продолжая по часовой стрелке, пока корона не будет окружена. Последний отрезок первого треугольника становится первым отрезком второго треугольника и так далее, поэтому только первый треугольник требует измерений для всех трех отрезков. В результате получается серия смежных треугольников с определенными сторонами. Площадь каждого треугольника вычисляется по его сторонам и вычисляется сумма площадей. Каждый треугольник покрывает часть области короны. Сумма треугольников равна общей предполагаемой площади кроны. Необходимые инструменты включают лазерный дальномер или рулетку и клинометр.

Азимутальный метод

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

Максимальный разброс кроны

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

Плотность короны

Лесная служба USDA опубликовала руководящий документ^[11] при полевых оценках различных характеристик кроны помимо обычных основных измерений. Включен ряд определений терминов, формы кроны, плотности кроны / прозрачности листвы, коэффициента живой неуплотненной кроны, класса силы и различных оценок усыхания.

Плотность кроны - это количество ветвей кроны, листвы и репродуктивных структур, которые блокируют световой обзор через крону. У каждого вида деревьев есть нормальная крона, которая меняется 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 Crown Density-Foliage Transparency Card.^[11][12] Используя карту для справки, наблюдатель оценивает, какой процент света блокируется массой короны. Оценки производятся с двух разных направлений под прямым углом и согласовываются для определения плотности кроны. Также существуют различные электронные плотномеры, которые измеряют плотность кроны или листвы.^[13]

Оценка объема короны

В объем кроны входит весь живой полог дерева от основания живой кроны до верхнего края кроны и от внешнего края кончиков веток внутрь. Он не включает мертвые ветви выше или ниже живой части полога, ни какие-либо эпикормальные побеги ниже основания живой кроны. Он действительно включает 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 вес. Объемы короны обычно не могут быть адекватно представлены простыми геометрическими фигурами из-за их неправильной формы.

Для чрезвычайно сложных форм поверхность коронки может быть нанесена на карту в трех измерениях с помощью ряда внешних или внутренних съемочных станций. С каждой станции положение точки на поверхности короны может быть нанесено на карту с помощью компаса, лазерного дальномера и клинометра. Выполненные измерения включают азимут от места съемки, расстояние от места съемки, расстояние до точки и наклон к точке. Их можно преобразовать в (Икс, у, z) координаты для каждой точки, и измерения между разными точками съемки могут быть связаны вместе путем измерения относительных положений между разными точками съемки.

Расстояние до целевой точки:

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

Положение точки относительно положения с использованием магнитного севера:

у-axis = (расстояние по горизонтали) × cos (азимут)

Икс-axis = (расстояние по горизонтали) × sin (азимут)

Высота точки относительно позиции измерения составляет:

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

Необходимо провести достаточные измерения, чтобы получить трехмерный график поверхности внешнего края навеса. Затем объем можно разбить на более мелкие срезы, рассчитать объем каждого отдельного среза и сложить объем всех срезов, чтобы определить общий объем навеса.

Живые тома короны дуба

Кроны большинства деревьев слишком неправильной формы, чтобы их можно было смоделировать простой геометрической фигурой. Исключение могут составить неглубокие куполообразные кроны открытого живого дуба (Quercus virginiana) деревья на юге и юго-востоке США. Хорошее описание общей формы можно сравнить с обнаженной частью полусферы, частично зарытой в землю.^[14] Была разработана модель, по которой можно определять объем кронштейнов деревьев такой формы. Крона дерева подходит к данной модели формы, если:

а) имеет куполообразную верхнюю поверхность,

б) основание короны плоское или находится на уровне земли на ровной поверхности, и

c) ширина гребня больше или равна удвоенной вертикальной толщине коронки.

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

${ displaystyle { sqrt {{ text {radius}} _ { text {малая ось}} times { text {radius}} _ { text {большая ось}}}}}$

Эта поправка невелика. Для выполнения расчетов объема была разработана электронная таблица Excel.^[15]

Способ вращения профиля.^[16] Объем короны можно определить с помощью трех значений:

1. распространение короны,
2. толщина коронки,
3. форма короны.

Толщина кроны и средний размах кроны будут измерены, а общая форма кроны дерева будет определена путем визуального сравнения с диаграммой. Форма кроны будет использоваться для получения значения формы кроны (CF) для различных форм деревьев и будет третьим параметром формулы расчета объема кроны. Крона дерева может быть разделена на 10 дисков, каждый из которых составляет 1/10 высоты кроны. Диаметр каждого диска может быть выражен как некоторая часть среднего размаха коронки. Независимо от того, является ли дерево выше и каждый диск представляет большую длину кроны, или если размах кроны больше или меньше, каждый диск будет представлять одну и ту же долю от общего объема кроны. Учтите, что должен быть один цилиндр той же высоты, что и толщина коронки, который имеет тот же объем, что и коронка неправильной формы. Тогда проблема состоит в том, чтобы определить диаметр этого цилиндра, чтобы его объем был равен объему кроны дерева. Объем каждого отдельного диска можно рассчитать, используя формулу для объема цилиндра:

${ displaystyle { text {объем диска}} = pi cdot { text {height}} cdot { text {radius}} ^ {2} = pi cdot { frac {{ text { высота}} cdot ({ text {диаметр}} ^ {2})} {4}}}$

Переставляя числа, можно получить формулу для 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.

${ displaystyle { text {radius}} _ { text {цилиндр}} = { sqrt { operatorname {average} (r ^ {2})}}}$

Профили формы дерева могут быть рассчитаны индивидуально для каждого встречающегося дерева. Однако при изучении профилей большого количества деревьев разных видов было обнаружено, что типичные профили варьируются в соответствии с закономерностью, и для каждого семейства профилей существует значение формы кроны, которое можно использовать для расчета объема кроны. Каждая различная форма короны будет иметь соответствующее отношение формы короны измеренного максимального среднего разброса короны к радиусу эквивалентного диаметра цилиндра. Это значение нельзя использовать напрямую, но сначала необходимо преобразовать в уникальное значение коэффициента формы короны.

Формула эквивалентного цилиндра может быть выражена следующим образом:

${ displaystyle { begin {align} & { text {объем короны}} = { text {объем эквивалентного цилиндра}} = pi hr ^ {2} [5pt] = {} & pi cdot { frac {({ text {толщина короны}}) times { sqrt {{ text {коэффициент формы короны}} times { text {средний минимальный разброс короны}}}}} {4}} [5pt] & { text {где средний минимальный разброс короны}} = 2 times { text {средний максимальный радиус}} end {выровнен}}}$

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

${ displaystyle { text {CF}} = { frac { pi cdot ({ text {соотношение формы короны}}) ^ {2}} {4}}}$

Тогда общее уравнение объема можно переписать следующим образом:

${ displaystyle { text {объем короны}} = ({ text {CF}}) times ({ text {толщина короны}}) times { big (} { text {средний минимальный разброс короны}} ) ^ {2}}$

Таким образом, сложная проблема оценки объема коронки сводится к двум легко измеряемым параметрам - среднему максимальному размаху коронки и толщине коронки и одному значению, которое может быть определено путем визуального сопоставления форм из таблицы стандартных форм. Открытые области, содержащиеся в объеме вращения, считаются частью объема кроны, в то время как случайные кончики ветвей, выходящие за пределы объема вращения, исключаются. У некоторых деревьев просто форма кроны слишком неправильная, чтобы использовать эту методику для определения объема кроны. Эти деревья, если требуется значение объема кроны, необходимо будет оценить по секциям, а объем каждой секции рассчитать индивидуально.

Длина конечности

Самая длинная конечность измеряется от воротника, где она выходит из туловища, до самой дальней горизонтальной протяженности. Также следует отметить, является ли конечность самонесущей или касается ли она земли где-то по своей длине. Длину конечности также можно измерить по контуру самой конечности. Если это легко сделать, это можно сделать с помощью рулетки. Если конечность недоступна, необходимо использовать дистанционные методы измерения. Есть несколько эффективных методов измерения, которые могут предоставить нам полезную информацию о разгибании конечностей.^[17]

Длина прямой линии снизу

Длину конечности можно измерить с помощью лазерного дальномера и клинометра, если обе конечные точки конечности видны из точки, находящейся под концом конечности. Расстояние по вертикали 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. Затем можно рассчитать длину прямой линии конечности от туловища до кончика с помощью закона косинусов.^[18]

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. Длину можно рассчитать на основе модели двумерной криволинейной регрессии с использованием нескольких точек измерения. Это многообещающе при условии, что используется программа регрессии, которая допускает как двумерную линейную, так и нелинейную регрессию. Хорошим статистическим пакетом, который обеспечивает эту возможность, является Minitab, который поддерживает уравнения второй и третьей степени. Модели регрессии для парабол и форм экспоненциальной кривой были разработаны NTS в формате электронной таблицы Excel для тех, кто не использует статистическое программное обеспечение. Особый интерес представляет параболическая кривая. Табличное приложение этого для параболических кривых было разработано NTS. Таблица соответствует параболе до 4 или более точек (до 10 допустимых) с использованием метода наименьших квадратов, а затем вычисляет длину (длины) конечностей с использованием правила Симпсона для вычисления определенного интеграла.^[18][19]

Длина конечности через внешнее исходное положение. Наземные измерения могут использоваться для дистанционного измерения длины конечностей и диаметров ветвей с помощью монокуляра с сеткой или фотографического анализа. Длину сегмента можно определить путем измерения положения конечных точек ответвления в трехмерном пространстве от внешней исходной позиции. Затем длина рассчитывается путем применения теорема Пифагора.^[20] Следующая диаграмма иллюстрирует этот процесс.

Расчет трехмерных координат

Из внешней исходной позиции О, прямое расстояние до L₁ измеряется п₁ вместе с вертикальным углом V₁ и азимут А₁. Координаты Икс₁, у₁, и z₁ затем вычисляются. Тот же процесс выполняется для п₂.

Эта последовательность выполняется следующим образом:

Горизонтальное расстояние d₁ от начальной точки отсчета О к целевой точке п₁ вычисляется как d₁ = cos (наклон) × лазерное расстояние = L₁грехV₁ Значение Икс по первому пункту это: Икс₁ = sin (азимут) × горизонтальное расстояние = d₁грехА₁Значение у по первому пункту это: у₁ = cos (азимут) × горизонтальное расстояние = d₁потому чтоА₁Значение z по первому пункту: z₁ = sin (наклон) × лазерное расстояние = L₁грехV₁Этот процесс повторяется для п₂ получить (Икс₂, у₂, z₂) Последний шаг - вычислить расстояние от п₁ к п₂ (L) по следующей формуле.

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

Обратите внимание, что мы возводим в квадрат изменения в Икс, у, и z значения, складывая эти квадраты вместе и извлекая квадратный корень из суммы.^[20]

Leverett^[21] разработал методику, в которой длина конечности измеряется с использованием монокуляра с сеткой, выровненной по ориентации конечности, расстояния до любого конца сегмента конечности и вычисленного масштабного коэффициента для определения длины конечности. По сути, 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. Затем можно вычислить истинную длину конечности, рассматривая ее как диагональ трапеции.

Картирование навеса

Составление карты навеса - это процесс, при котором положение и размер ветвей внутри навеса отображаются в трехмерном пространстве.^[22][23][24] Это трудоемкий процесс, который обычно применяется только для наиболее значимых образцов. Обычно это делается из заданной позиции или ряда позиций в дереве. Эскизы и фотографии используются для облегчения процесса. По деревьям взбираются, и общая архитектура отображается, включая расположение главного ствола и всех повторяющихся стволов, в дополнение ко всем ветвям, исходящим от стволов. Также отображается положение каждой точки ветвления в кроне до определенного размера, а также положения различных повторов, изломов, перегибов или любых других эксцентриситетов на дереве. Каждый нанесенный на карту ствол и ветвь измеряется по базальному диаметру, длине, азимуту, альпинисты измеряют определенные окружности и детализируют другие особенности дерева.

Смотрите также

• Закрытие короны
• Корона классы
• правило ветвления да Винчи
• Диаметр на уровне груди
• Инвентаризация леса

использованная литература