履带式车载激光树高测量仪的设计与研究

论文摘要

树高是森林调查中重要的测树因子,它是确定立木材积和材积生长率以及林分蓄积量的主要依据,是林业调查的必测项目。目前,树高测量工作大部分都是测量人员携带测量仪器徒步行走于林间各种复杂的路面上进行测量,不仅工作效率低下,而且还会造成工作人员的心里和身体疲惫。随着科学技术的进步,测量仪器也在不断的更新换代,虽然测量仪器在不断进步,但测量人员步行测量的工作方式却没有得到实质的改变。由于履带车辆具有较强的越野通过性,能够在轮式车辆所不能通过的地带行驶,特别是在林间,因此如何将履带式车辆的这种优越性能应用于森林测量上,将履带式车辆与先进的测量技术相结合,减轻测量人员的工作强度是本文研究的重点。本文在研究了国内外测树仪器和履带底盘发展状况的基础上,对激光测树仪和履带底盘进行了结构设计。激光测树仪的结构设计主要包括测量装置和控制装置的设计,其中对测量装置的设计主要有发光器的结构设计和转角机构的设计；控制装置的设计主要是对其壳体的造型设计。履带式底盘部分设计主要是履带参数的确定、驱动轮的设计、支重轮的设计以及车架的设计,并通过对车辆后轴的Pro/ENGINEER三维建模,对其进行了ANSYS受力分析。论文在总结传统树高测量方法的基础上,提出了“三参数”和“四参数”两种测量法,建立了两种测量方法的数学模型并对其精度进行了数值分析。最后通过实验确定了两种种测量方法的精度范围及精度更高的测量方法。同时,还应用Pro/ENGINEER软件对测量树高的过程和车辆通过林间障碍物的过程进行了模拟仿真,确定了测量仪在履带式底盘上的测量范围,分析了车辆能够通过障碍物的几种情况。本文所研究设计的履带式激光树高测量仪为森林工作人员进行树高测量提供了便利和安全保障,为林间树高测量提供了一种新方式,为今后森林测量设备的发展指明方向。它在森林调查方面的作用,还有很多需要开发的价值,具有广阔的发展空间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 国内外测树仪器及履带行走装置的发展概况
• 1.1.1 国内外测树仪器的发展概况
• 1.1.2 国内外履带行走装置的发展概况
• 1.2 本论文研究的意义及研究内容
• 1.2.1 本论文研究的意义
• 1.2.2 本论文研究的内容
• 2 履带车辆的主要性能分析及关键零部件设计
• 2.1 松软地面的物理性质
• 2.1.1 土壤切应力与位移的关系
• 2.1.2 土壤承受负荷与沉陷的关系
• 2.2 车辆的越野通过性分析
• 2.2.1 履带式车辆跨越壕沟过程分析
• 2.2.2 履带车辆越过台阶过程分析
• 2.2.3 车辆通过半流体泥浆及雪地路面分析
• 2.3 履带车辆的转向性分析
• 2.3.1 软路面对履带车辆转向阻力矩的影响分析
• 2.3.2 履带宽度对转向阻力矩的影响分析
• 2.4 车辆行走装置关键零部件的设计
• 2.4.1 行走装置工作参数的确定
• 2.4.2 履带的设计
• 2.4.3 驱动轮的设计
• 2.4.4 支重轮的设计
• 2.5 车架的设计与车辆后轴的有限元分析
• 2.5.1 车架的三维造型设计
• 2.5.2 车辆后轴的有限元分析
• 2.6 本章小结
• 3 履带式车载激光测树仪树高测量方法研究
• 3.1 测量树高的常见方法
• 3.1.1 测量树高的传统方法
• 3.1.2 测量树高的间接测量的缺点
• 3.2 激光测距原理
• 3.3 定点树根与树顶双距离和夹角组合测试原理
• 3.4 定点树根与胸径双距离和双夹角组合测试原理
• 3.5 树木胸径的测量方法
• 3.6 测量树高的数值计算方法的精度分析
• 3.6.1 衡量精度的指标
• 3.6.2 树高计算模型的精度分析
• 3.7 本章小结
• 4 履带式车载激光测树仪总体设计与仿真分析
• 4.1 激光测树仪测量装置设计
• 4.1.1 发光器设计
• 4.1.2 转角机构设计
• 4.2 控制装置壳体结构设计
• 4.3 激光测树仪与履带车辆的连接装置设计
• 4.4 履带式车载激光测树仪测量过程仿真分析
• 4.4.1 激光测量范围模拟
• 4.4.2 车辆林间通过性分析
• 4.5 本章小结
• 5 激光树高测量实验与测量精度分析
• 5.1 树高测量方法的实验对比分析
• 5.1.1 实验条件
• 5.1.2 实验数据对比分析
• 5.2 实验数据及精度分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢