Способ определения размерных технологических параметров стволов деревьев

Изобретение относится к технологиям лесного хозяйства и лесозаготовительной отрасли. Способ включает измерение длины и диаметров стволов в коре по длине стволов и в комлевых сечениях. Берут 100 нефаутных по форме деревьев, в отношении которых измеряют длины стволов, диаметры в коре в комле, диаметры стволов в коре, начиная от комлевых сечений до вершины деревьев, и диаметры стволов на половине длины ствола. По результатам всех измерений определяют относительные длины (h/H) и соответствующие им относительные диаметры стволов в коре. По совокупности полученных данных определяют абсолютные размеры стволов деревьев. С учетом коэффициентов на кору и технологического диаметра ствола на высоте груди в коре определяют переменные диаметры стволов без коры с последующим определением переменной площади сечения стволов без коры по длине стволов и объем древесных стволов без коры. Такая технология позволит повысить точность определения технологических размеров деревьев и объема древесины. 2 табл.

 

Изобретение относится к технологиям лесного хозяйства и лесозаготовительной отрасли, в которых необходимо определять технологические параметры стволов: диаметр без коры по длине стволов, площади сечения по длине стволов, сбег диаметров без коры по длине стволов, объемы стволов, диаметры бревен без коры, получаемых при раскрое стволов на сортименты круглого леса.

Известен способ определения размерных технологических параметров стволов путем измерения длины каждого спиленного ствола дерева и диаметров ствола в коре через 2 м от комля к вершине с вычислением площади сечений и сбега по всем сечениям измеренных диаметров индивидуально для каждого ствола (Анучин Н.П. Лесная таксация [Текст] / Н.П. Анучин. - М.: Лесная промыленность, 1982. - 552 с.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата этого способа, относится то, что индивидуально для каждого ствола необходимо измерять его длину и диаметры через 2 м по длине ствола и производить вычисления площади сечения, сбега диаметров по измеренным сечениям и других параметров, что практически невыполнимо при массовой таксации индивидуально каждого ствола насаждения.

Наиболее близким способом того же назначения к изобретению по совокупности признаков является способ Д.И. Менделеева, который основан на измерении радиуса ствола в комлевом сечении r₀ и радиусов r по длине ствола в коре.

Для одного из стволов ели на основе измерения радиусов по длине Д.И. Менделеевым получена формула изменения по длине этого ствола основных размерных технологических параметров

где S - площадь сечения ствола на расстоянии h от комлевого сечения; r - переменный радиус в коре по длине ствола; h - расстояние от комлевого сечения до сечения контролируемого радиуса ствола; r₀ - радиус в коре в комлевом сечении ствола.

Способ Д.И. Менделеева для определения размерных технологических параметров каждого ствола спиленного дерева, отличающийся тем, что необходимо измерить длину данного ствола, его диаметр (радиус) в комлевом сечении в коре и диаметры (радиусы) в сечениях через определенные отрезки по всей длине ствола в коре. По этим данным математическим методом наименьших квадратов находят численные значения коэффициентов формулы (1) для каждого конкретного ствола (Менделеев Д.И. Труды по сельскому хозяйству и лесоводству. [Текст] / Менделеев Д.И. - М.: изд. АН СССР, 1954. - С.327-344).

Способ Д.И. Менделеева принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании способа, принятого за прототип, относится то, что в этом способе за исходные технологические параметры стволов деревьев приняты длины стволов, переменные радиусы по длине стволов в коре, радиусы (диаметры) в комлевом сечении в коре, в котором диаметры варьируют в широких пределах от комлевых факторов формообразования. Использование в формуле (1) абсолютных значений радиусов (диаметров) по длине стволов, радиусов в комлевых сечениях, длины стволов обеспечивает получение индивидуальных для каждого ствола своих точных численных значений коэффициентов формулы (1). Для других стволов одной и той же древесной породы коэффициенты формулы (1) будут разными. Формула (1) также для каждой породы не охватывает весь возможный диапазон изменения коэффициентов формы $$q_2=\frac{D_{0.5}}{D_{1.3}}$$ , где D_0.5 - диаметр ствола на середине длины в коре, м; D_1.3 - диаметр ствола в коре на высоте груди, м.

Поэтому прототип способа не определяет достаточно точно расчетные размерные технологические параметры всех стволов деревьев отдельно для каждой породы дерева.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Используют 100 модельных нефаутных по форме стволов деревьев одной породы разных размеров, возраста и измеряют длины H и диаметры в коре в комле, диаметры стволов 2r в коре по длине через 2 м и диаметры на середине длины стволов в коре D_0.5. По каждому стволу данной породы деревьев разных размеров по результатам измерений вычисляют для каждого измеренного диаметра относительные размерные параметры 2r/D_0.5 и соответствующие им h/H. Делают переход от абсолютных значений длины H и диаметров 2r к относительным размерным технологическим параметрам стволов h/H и $$\frac{2r}{D_{0.5}}$$ , где h - расстояние от комлевого сечения ствола до соответствующего сечения с диаметром 2r, м; Н - длина ствола, м; D_0.5 - диаметр ствола на середине длины в коре, м.

Вычисленные значения относительных диаметров $$\frac{2r}{D_{0.5}}$$ через 2 м по длине ствола и соответствующих им относительных длин h/H по 100 нефаутным по форме модельным стволам и в совокупности по этим данным определяют адекватную абсолютным размерам стволов деревьев данной породы математическую связь $$\frac{2r}{D_{0.5}}=f\left(\frac{h}{H}\right)$$ в виде полинома четвертой степени в относительных величинах, коэффициенты которого получают на ЭВМ по результатам всех измерений по программе метода наименьших квадратов

где 2r - диаметр ствола в коре, м;

D_0.5 - диаметр ствола на середине длины в коре, м;

h - расстояние от комлевого сечения ствола до соответствующего сечения с диаметром 2r, м;

Н - длина ствола, м;

а₄, а₃, а₂, а₁, а₀ - постоянные коэффициенты индивидуально для каждой породы деревьев.

Численные значения коэффициентов размерных полиномов отражают биологические особенности формообразования стволов разных древесных пород, в частности коэффициент а₀ комлевого сечения сосны больше чем у лиственницы, то есть действительно сосна более закомелистая, чем лиственница. Формулой (2) охватывают все возможное многообразие размеров и коэффициентов формы стволов отдельно для каждой породы деревьев. (Петровский B.C. Оптимальная раскряжевка лесоматериалов. - М: Лесная промышленность, 1989. - 288 с.).

Абсолютные размеры: высота древа Н, диаметр на середине высоты D_0.5 в формуле (2) отражают возраст и условия местопроизрастания (бонитет) насаждения.

При определении размерных технологических параметров стволов стоячих деревьев диаметры на середине высоты D_0.5 достаточно сложно точно измерять. Используют формулу (2) и переходят от диаметра на середине высоты D_0.5 к доступному для практических измерений технологическому диаметру стволов на высоте груди D_1.3 в коре

где D_0.5 - диаметр ствола на середине длины в коре, м;

D_1.3 - диаметр ствола дерева на расстоянии 1,3 м от поверхности земли в коре;

Н - длина ствола, м;

а₄, а₃, а₂, а₁, а₀ - постоянные коэффициенты индивидуально для каждой породы деревьев.

Подставляя выражение (3) в формулу (2), получают формулу (4) изменения диаметра в коре по длине ствола 2r с доступными для измерений исходными технологическими параметрами D_1.3 и Н.

где 2r - диаметр ствола в коре, м;

D_1.3 - диаметр ствола дерева на расстоянии 1,3 м от поверхности земли в коре;

Н - длина ствола, м;

а₄, а₃, a₂, a₁, а₀ - постоянные коэффициенты индивидуально для каждой породы деревьев.

Диаметр ствола на высоте груди измеряют в коре, а размерные технологические параметры стволов деревьев и круглых лесоматериалов в практике технологий лесного хозяйства и в лесозаготовительной отрасли необходимо определять без коры. Используют известную математическую связь между диаметрами стволов в коре 2r и без коры d

где d - диаметр без коры, м;

2r - диаметр в коре, м;

λ - постоянный коэффициент на кору. (Анучин Н.П. Сортиментные и товарные таблицы. - М.: Лесная промышленность, 1981. - 536 с.).

С учетом коэффициента на кору формула (4) принимает вид

где d - переменный текущий диаметр по длине ствола без коры, м;

2r - диаметр ствола в коре, м;

D_1.3 - диаметр ствола дерева на расстоянии 1,3 м от поверхности земли в коре;

Н - длина ствола, м;

а₄, а₃, а₂, а₁, а₀ - постоянные коэффициенты индивидуально для каждой породы деревьев.

Площадь сечения без коры по длине ствола S, м²

где S - площадь сечения без коры по длине ствола, м²;

d - переменный текущий диаметр по длине ствола без коры;

π - постоянная, равная 3,14.

Сбег стволов по диаметру без коры i (см/м)

где i - сбег стволов по диаметру без коры, см/м;

d(d)/dh - производная, которая определяет сбег ствола, см/м.

Объем стволов без коры (м³)

где V - объем стволов без коры, м³;

F - постоянное видовое число;

d - переменный текущий диаметр по длине ствола без коры, м;

d_0.5 - диаметр ствола на середине длины без коры, м;

H, h - длина ствола, м.

где V - объем стволов без коры, м³;

F - постоянное видовое число;

π - постоянная, равная 3,14.

d - переменный текущий диаметр по длине ствола без коры, м;

d_1,3 - диаметр ствола на середине длины без коры, м;

Н - длина ствола, м.

Постоянное видовое число F - есть отношение истинного объема ствола к объему, вычисленному по простой формуле срединного сечения, F>1.

Формулы (6), (7), (8), (9), (10) применяют для определения размерных технологических параметров стволов деревьев с использованием двух исходных размеров стволов по диаметру на высоте груди в коре D_1.3 и по высоте Н.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в прототипе способа определение размерных технологических параметров ствола измеряют длину ствола, его диаметр в комлевом сечении в коре и диаметры ствола в коре через определенные отрезки по длине и методом наименьших квадратов определяют численные коэффициенты формулы изменения диаметра в коре по длине, приемлемые только для одного конкретного ствола дерева данной породы. А в предложенном способе определения размерных технологических параметров модельных нефаутных по форме стволов измерения их длины, диаметров в коре в комле и по длине стволов через 2 м, диаметров по середине длины в коре D_0.5 и по результатам измерений для каждого ствола вычисляют относительные длины h/H и соответствующие им относительные диаметры 2r/D_0.5 и по полученным результатам методом наименьших квадратов на ЭВМ определяют для всех стволов данной породы адекватную фактическим размерам стволов математическую связь в относительных величинах

с постоянными для данной породы коэффициентами а₄, а₃, а₂, а₁, а₀ с использованием исходных диаметров стволов в коре на середине высоты D_0.5 и высот Н, а после преобразования получаем формулу

определения диаметров без коры по длине стволов d; переменной по длине площади сечения стволов без коры S=πd²/4; сбега диаметров без коры i=d(d)/dh по длине стволов, объемов стволов без коры диаметров полученных бревен без коры при раскрое, соответсвующих границам сортиментных зон в стволе при использовании двух исходных технологических размеров стволов по диаметру на высоте груди в коре D_1.3 и по высоте (дине) ствола Н.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

Технический результат, который получают при осуществлении изобретения, обеспечивается тем, что используют данные измерения диаметров в коре по длине начиная от комлевого сечения и до вершины через 2 м, у 100 модельных нефаутных по форме стволов деревьев конкретной древесной породы разного возраста, разных диаметров и высот, и на ЭВМ методом наименьших квадратов определяются коэффициенты формулы определения относительных диаметров стволов в зависимости от изменения относительной протяженности сечений стволов от комля до вершины, получают конечные формулы определения других размерных технологических параметров стволов деревьев отдельно для данной породы.

Разработанный способ соответствует современным технологиям использования электронных лесоизмерительных и вычислительных инструментов решения задач определения размерных технологических параметров стволов деревьев каждой породы.

Способ определения размерных технологических параметров стволов деревьев, включающий измерение длины и диаметров стволов в коре по длине стволов и в комлевых сечениях, отличающийся тем, что берут 100 нефаутных по форме деревьев, в отношении которых измеряют длины стволов, диаметры в коре в комле, диаметры стволов в коре, начиная от комлевых сечений до вершины деревьев, и диаметры стволов на половине длины ствола, после чего по результатам всех измерений определяют относительные длины (h/H) и соответствующие им относительные диаметры стволов в коре, по совокупности полученных данных определяют абсолютные размеры стволов деревьев, далее с учетом коэффициентов на кору и технологического диаметра ствола на высоте груди в коре определяют переменные диаметры стволов без коры с последующим определением переменной площади сечения стволов без коры по длине стволов и объем древесных стволов без коры.