Development of a portable measuring device for diameter at breast height and tree height

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Artikel aus einer Zeitschrift

200208578

Keywords: DBH, tree height, sensor, algorithm, simulation
The diameter at breast height (DBH) and tree height are significant parameters of tree growth. Conventional measurement and recording methods take considerable time collect information on tree growth; where an intelligent electronic device (IED) could increase efficiency. The main achievements documented in this paper are: (1) an IED to accurately and efficiently measure DBH and tree height was developed, (2) a simple algorithm to estimate the DBH by using high-precision Hall angle sensors was designed. (3) A convenient tree height measurement method using a high-precision laser ranging sensor and dip sensor was designed. (4) A simulation experiment to analyze the DBH and tree height measurement range of the device at different angles was designed. (5) A personal computer (PC) software application was developed to automatically store and upload DBH and tree height data. The simulation results showed that the maximum measurable DBH and tree height were 151.47 cm and 65.94 m, respectively. This IED was used to measure eight types of trees to assess the accuracy of DBH and five types of trees to assess the accuracy of tree height measurements. Compared with diameter tapes, the DBH measurements had a -0.03 cm bias and 0.69 cm root mean square error (RMSE). Compared with calipers, the DBH measurements had a 0.16 cm bias and 0.46 cm RMSE. Compared with laser rangefinder, the tree height measurements had a 0.13 m bias and 0.45 m RMSE. The results showed that the new IED is an accurate and effective tool for measuring DBH and tree height.
Der Durchmesser auf Brusthöhe (DBH) und die Baumhöhe sind wichtige Masszahlen des Baumwachstums. Konventionelle Methoden erfordern viel Zeit, um solche Daten zu sammeln und ein intelligentes elektronisches Gerät (IED) kann hier zu Effizienzsteigerungen führen. Diese Arbeit dokumentiert die folgenden Errungenschaften: (1) Es wurde ein IED zur genauen und effizienten Messung von DBH und Baumhöhe entwickelt. (2) Es wurde ein einfacher Algorithmus zur Schätzung des DBH durch den Einsatz hochpräziser Hallwinkelsensoren entwickelt. (3) Es wurde ein praktisches Verfahren zur Messung der Baumhöhe durch den Einsatz eines hochpräzisen Laserentfernungssensors und eines Neigungssensors entwickelt. (4) Es wurde ein Simulationsexperiment zur Analyse des DBH- und Baumhöhen-Messbereichs des Geräts unter verschiedenen Winkeln entwickelt. (5) Es wurde eine Persönliche-Computer-Softwareanwendung (PC-Softwareanwendung) zum automatischen Speichern und Hochladen von DBH- und Baumhöhendaten entwickelt. Vor dem Feldexperiment zeigten die Simulationsergebnisse des DBH- und Baumhöhenmessalgorithmus, dass die maximal messbare DBH und die Baumhöhe 151.47 cm bzw. 65.94 m betrugen. Mit diesen IED wurden acht Baumarten gemessen, um die Genauigkeit der DBH zu bewerten und fünf Baumarten, um die Genauigkeit der Baumhöhenmessungen zu bewerten. Im Vergleich zu Durchmesserbändern hatten die DBH-Messungen eine Verzerrung von -0,03 cm und RMSE von 0.69 cm. Verglichen mit Messschiebern hatten die DBH-Messungen eine Vorspannung von 0.16 cm und RMSE von 0.46 cm. Verglichen mit Laserentfernungsmessern wiesen die Baumhöhenmessungen eine Verzerrung von 0.13 m und RMSE von 0.45 m auf. Die Ergebnisse zeigten, dass das neue IED ein genaues und effektives Werkzeug zur Messung von DBH- und Baumhöhenwerten ist.
Schlüsselbegriffe: DBH, Baumhöhe, Sensor, Algorithmus, Simulation