Измерение высоты дерева

Высота дерева — это вертикальное расстояние между основанием дерева и верхушкой самой высокой ветки на дереве, и ее трудно измерить точно. Это не то же самое, что длина ствола. ^{[примечание 1]} Если дерево наклонено, длина ствола может быть больше высоты дерева. Основание дерева — это место, где проекция сердцевины ( центра) дерева пересекает существующую опорную поверхность, на которой растет дерево или где проросло семя. ^{[1] [2]} Если дерево растет на склоне скалы, основание дерева находится в точке, где сердцевина пересекает сторону скалы. Корни, простирающиеся вниз от этой точки, не добавляют высоты дереву. На склоне эта базовая точка считается средней между уровнем земли на верхней и нижней сторонах дерева. Высоту дерева можно измерить несколькими способами с разной степенью точности.

Высота дерева — один из параметров, обычно измеряемых в рамках различных программ по деревьям-чемпионам и документирования. Другие часто используемые параметры, описанные в разделе «Измерение деревьев» , включают высоту, обхват, ширину кроны и объем. Дополнительные сведения о методологии измерения обхвата дерева , измерения кроны дерева и измерения объема дерева представлены в ссылках здесь. Например, American Forests использует формулу для расчета баллов Big Tree в рамках своей программы Big Tree ^[3] , которая присуждает дереву 1 балл за каждый фут высоты, 1 балл за каждый дюйм (2,54 см) обхвата и ¼ балла за каждый фут ширины кроны. Дерево, общее количество баллов которого является самым высоким для этого вида, коронуется как чемпион в их реестре. Другим обычно измеряемым параметром, помимо информации о виде и местоположении, является объем древесины. Общая схема измерений деревьев приведена в статье « Измерение деревьев» , а более подробные инструкции по проведению этих основных измерений приведены в «Руководстве по измерению деревьев Восточного общества коренных деревьев» Уилла Блозана. ^{[4] [5]}

Самое высокое дерево в мире — секвойя вечнозеленая ( Sequoia sempervirens ), растущая в Северной Калифорнии, которая была названа Гиперион. В сентябре 2012 года ее высота составила 115,72 метра (379,7 фута). ^[6] Известно еще 7 прибрежных секвой, высота которых превышает 112 метров (367 футов), и 222 экземпляра — более 105 метров (344 фута). ^[7] Известно только о пяти видах, высота которых превышает 91 метр (299 футов) во всем мире. ^[8]

Существуют исторические свидетельства о чрезвычайно высоких и больших деревьях. Например, на северо-востоке США в газетах и ​​журналах, датируемых 1800-ми годами, часто публикуются истории о чрезвычайно высоких белых соснах ( Pinus strobus ). ^[9] В одном необычном отчете в Weekly Transcript, Норт-Адамс, Массачусетс, в четверг, 12 июля 1849 года говорится: «Большое дерево. --- Мистер Д. Э. Хоукс из Чарльмонта недавно срубил сосну следующих размеров. Она была 7 футов [2,1 м] - 10 футов [3,0 м] от пня и 5 футов [1,5 м] - 50 футов [15 м] от пня. Из дерева было взято двадцать два бревна, средняя длина которых составляла 12 футов [3,7 м]. Четырнадцать футов [4,3 м] дерева были испорчены при падении. Максимальная длина дерева от пня до верхних веток составляла 300 футов (91 м)] ---- Greenfield Gazette». В 1995 году Роберт Леверетт и Уилл Блозан измерили сосну Бугермана, белую сосну в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс, на высоте 207 футов в 1995 году с помощью наземных методов перекрестной триангуляции. ^[10] Это самое точное измерение, полученное для любого дерева на востоке Соединенных Штатов в современное время. Верхушка дерева была потеряна ураганом Опал в 1995 году, и в настоящее время его высота составляет чуть менее 190 футов [58 м]. ^[11] Возможно, что некоторые белые сосны в прошлом достигали высоты более 200 футов [61 м], учитывая гораздо большую площадь первичного леса до бума древесины в 1800-х годах, однако, основываясь на том, что растет сегодня, крайне маловероятно, что они когда-либо достигали высот, указанных в некоторых из этих исторических отчетов. Эти сообщенные высоты, вероятно, являются просто смесью личной и коммерческой бравады лесорубов того времени.

Из различных методов приблизительного определения высоты деревьев наилучшими вариантами, требующими лишь минимального количества оборудования, являются метод палки и метод ленты и клинометра (касательной). Чтобы получить точные измерения с помощью любого из методов, необходимо соблюдать осторожность. Сначала попробуйте посмотреть на дерево с нескольких разных углов, чтобы увидеть, где находится фактическая вершина дерева. Используйте эту точку для измерений. Это исключит наибольшую вероятность ошибки.

Метод палки требует измерительной ленты и палки или линейки и использует принцип подобных треугольников для оценки высоты деревьев. Существует три основных варианта метода палки. ^[12]

A) Метод вращения палки или метод карандаша для деревьев на ровной поверхности с вершиной, расположенной вертикально над основанием: 1) возьмите конец палки и держите его на расстоянии вытянутой руки, свободный конец должен быть направлен прямо вверх; 2) двигайтесь вперед и назад к измеряемому дереву или от него, пока основание дерева визуально не совпадет с верхней частью руки у основания палки, а верхушка дерева не совпадет с верхушкой палки; 3) не двигая рукой вверх или вниз, вращайте палку, пока она не станет параллельно земле. Основание палки должно по-прежнему совпадать с основанием дерева. 4) Если у вас есть помощник, попросите его отойти от основания дерева под прямым углом к ​​вашему положению, пока он не достигнет точки на земле, которая совпадет с верхушкой палки. Если вы один, выберите отличительную точку на земле, чтобы отметить эту точку. Расстояние от основания дерева до этой точки равно высоте дерева. ^{[13] [ нужен лучший источник ]} Опять же, этот метод предполагает, что верхушка дерева находится вертикально над основанием.

B) Стандартный метод палки: 1) Найдите прямую палку или линейку; 2) Держите палку вертикально на расстоянии вытянутой руки, убедившись, что длина палки над вашей рукой равна расстоянию от вашей руки до вашего глаза. 3) Отойдите от дерева спиной вперед. Остановитесь, когда палка над вашей рукой точно закроет дерево. 4) Измерьте расстояние по прямой от вашего глаза до основания дерева. Запишите это измерение как высоту дерева до ближайшей ступни. ^[3] Как и в случае с A, если верхушка не находится вертикально над основанием, этот метод выдаст ошибку.

C) Продвинутый метод палки использует ту же процедуру, что и описанная выше, с добавлением нескольких измерений и некоторого базового умножения. Этот метод не требует, чтобы длина измерительной палки была такой же, как расстояние от вашей нижней руки до вашего глаза, поэтому его можно использовать в более разнообразных условиях для измерения высоты: 1) держа палку, как описано выше, совместите основание дерева с верхней частью вашей руки, держащей палку, и верхушку дерева с верхней частью палки. Вы можете сделать это, двигаясь к дереву или от него, регулируя длину палки и двигая рукой вверх и вниз; 2) после выравнивания измерьте расстояние от верхней части вашей руки, сжимающей основание палки, до вашего глаза; 3) измерьте расстояние от верхней части вашей руки до верхней части палки; 4) измерьте расстояние от вашего глаза до основания дерева. Пока линейка удерживается прямо вверх и вниз, а верхушка дерева находится вертикально над основанием, различные измерения по-прежнему пропорциональны, и тогда вы можете вычислить высоту дерева, используя простую формулу:

(длина палки x расстояние до дерева) / (расстояние до глаза) = высота дерева

Используя эту формулу, можно рассчитать высоту дерева, независимо от того, под каким углом вы держите руку, и независимо от длины линейки, которая выступает над вашей рукой. Это имеет большое преимущество, если вы измеряете дерево на неровной поверхности или если вы можете измерить дерево только с одного угла. Одна проблема, которая также часто возникает, заключается в том, чтобы увидеть верхушку дерева; геодезист должен находиться дальше от дерева, чем это возможно при использовании линейки длиной 23–25 дюймов (58–64 сантиметра) (средняя длина руки до глаза). Используя простую формулу выше, можно использовать меньшую длину палки, что позволит геодезисту фактически увидеть верхушку дерева. ^[14] Как и в случаях A. и B. выше, этот метод предполагает, что верхушка дерева находится вертикально над основанием. Если это предположение нарушается, треугольники не будут подобны, а соотношение и пропорциональная связь сторон подобных треугольников не будут применяться.

D) Сделайте на скорую руку «Линейку деревьев».

Просто возьмите карандаш, линейку или любую палочку (прямоугольную линейку) и маркер, например Sharpie Ultra-fine.
Отправляйтесь на местную игровую площадку и отмерьте удобное расстояние от баскетбольного кольца, примерно равное высоте любого дерева, которое вы хотите измерить, — 10, 30 или 100 шагов.

Держите линейку вертикально на расстоянии вытянутой руки.

Совместите кончик линейки с обручем; двигайте ноготь большого пальца, пока он не совпадет с основанием шеста. Отметьте это на линейке; это 10'. Сделайте больше отметок, чтобы обозначить 15, 30 и т. д. по желанию.
Теперь у вас есть «линейка для деревьев», которую можно использовать на приблизительно ровной поверхности для оценки высоты деревьев.

Метод клинометра и ленты, или метод касательной , обычно используется в лесной промышленности для измерения длины бревен. ^{[15] [16]} Некоторые клинометры представляют собой ручные устройства, используемые для измерения углов наклона. Пользователь может навести визир на вершину дерева с помощью такого клинометра и считать угол до вершины с помощью шкалы в приборе. Топографические уровни Эбни калибруются таким образом, что при считывании на расстоянии 66 футов (20 м) от дерева высоту до дерева над уровнем глаз можно непосредственно считать по шкале. Многие клинометры и уровни Эбни имеют процентную шкалу, которая дает 100-кратный тангенс угла. Эта шкала дает высоту дерева в футах непосредственно при измерении на расстоянии 100 футов (30 м) от дерева.

В общем случае клинометр используется для измерения угла Θ от глаза до вершины дерева, а затем горизонтальное расстояние до дерева на уровне глаз измеряется с помощью рулетки. Затем высота над уровнем глаз вычисляется с помощью функции тангенса :

горизонтальное расстояние на уровне глаз до дерева x касательная Θ = высота над уровнем глаз

Тот же процесс используется для измерения высоты основания дерева выше или ниже уровня глаз. Если основание дерева находится ниже уровня глаз, то высота дерева ниже уровня глаз добавляется к высоте над уровнем глаз. Если основание дерева находится выше уровня глаз, то высота основания дерева над уровнем глаз вычитается из высоты верхушки дерева над уровнем глаз. Может быть сложно напрямую измерить горизонтальное расстояние на уровне глаз, если это расстояние высоко от земли или если основание дерева находится выше уровня глаз. В этих случаях расстояние до основания дерева можно измерить с помощью ленты вдоль склона от уровня глаз до основания дерева и отметив угол наклона Θ. В этом случае высота основания дерева выше или ниже уровня глаз равна (sin Θ x расстояние наклона), а горизонтальное расстояние до дерева равно (cos Θ x расстояние наклона).

Ошибки, связанные с методом палки и методом клинометра и ленты: Помимо очевидных ошибок, связанных с плохими измерениями расстояний или неправильным считыванием углов с помощью клинометра, есть несколько менее очевидных источников ошибок, которые могут поставить под угрозу точность расчетов высоты дерева. При методе палки, если палка не удерживается вертикально, подобный треугольник будет неправильно сформирован. Эту потенциальную ошибку можно компенсировать, закрепив веревку с небольшим подвешенным грузом на вершине палки так, чтобы палку можно было выровнять с утяжеленной веревкой, чтобы гарантировать, что она удерживается вертикально. Более пагубная ошибка возникает в обоих методах, когда 1) верхушка дерева смещена относительно основания дерева или 2) когда верхушка дерева была неправильно определена. За исключением молодых хвойных деревьев, выращенных на плантациях, верхушка дерева редко находится прямо над основанием; поэтому прямоугольный треугольник, используемый в качестве основы для расчета высоты, на самом деле не формируется. Анализ данных, собранных Native Tree Society (NTS) по более чем 1800 взрослым деревьям, показал, что в среднем верхушка дерева смещена относительно перспективы инспектора на расстояние 8,3 фута (2,5 м) и, следовательно, смещена относительно основания дерева примерно на 13 футов (4,0 м). ^[17] Хвойные деревья, как правило, имеют смещения меньше среднего, а крупные, широколиственные лиственные породы, как правило, имеют более высокие смещения. Поэтому верхушка дерева имеет другую длину базовой линии, чем нижняя часть дерева, что приводит к ошибкам высоты:

(расстояние смещения сверху вниз x tan Θ) = ошибка высоты

Ошибка почти всегда неправильно добавляется к высоте дерева. Например, если измерять дерево под углом 64 градуса, учитывая среднее смещение 8,3 фута (2,5 м) в направлении измерителя, высота дерева будет завышена на 17 футов (5,2 м). Этот тип ошибки будет присутствовать во всех показаниях с использованием метода касательной, за исключением случаев, когда самая высокая точка дерева фактически расположена прямо над основанием дерева, и за исключением этого необычного случая, результат не будет повторяемым, поскольку будет получено другое показание высоты в зависимости от направления и положения, из которого производилось измерение.

Когда верхушка дерева неправильно идентифицирована и наклоненная вперед ветка ошибочно принята за верхушку дерева, ошибки измерения высоты еще больше из-за большей ошибки в базовой линии измерения. Крайне сложно определить фактическую верхнюю ветку с земли. Даже опытные люди часто выбирают неправильную веточку среди нескольких, которые могут быть фактической верхушкой дерева. Обход дерева и осмотр его с разных углов часто помогают наблюдателю отличить фактическую верхушку от других ветвей, но это не всегда практично или возможно сделать. Серьезные ошибки высоты попали в большие списки деревьев даже после некоторой степени проверки и часто ошибочно повторяются как действительные высоты для многих видов деревьев. Список, составленный NTS ^[18], показывает величину некоторых из этих ошибок: водяной гикори указан как 148 футов (45 м), на самом деле 128 футов (39 м); гикори пигновый указан как 190 футов (58 м), на самом деле 123 фута (37 м); красный дуб указан как 175 футов (53 м), на самом деле 136 футов (41 м); красный клен указан как 179 футов (55 м), на самом деле 119 футов (36 м), и это лишь некоторые из приведенных примеров. Эти ошибки не поддаются исправлению с помощью статистического анализа, поскольку они однонаправлены и случайны по величине. Обзор исторических отчетов о больших деревьях и сравнение с измерениями образцов, которые все еще живут ^[19], обнаружили много дополнительных примеров ошибок высоты больших деревьев в опубликованных отчетах.

Многие ограничения и ошибки, связанные с методом палки и методом касательной, можно преодолеть, используя лазерный дальномер в сочетании с клинометром или гипсометром, который объединяет оба устройства в единое целое. ^{[4] [5]} Лазерный дальномер — это устройство, которое использует лазерный луч для определения расстояния до объекта. Лазерный дальномер посылает лазерный импульс узким лучом в направлении объекта и измеряет время, необходимое импульсу для отражения от цели и возвращения к отправителю. Различные приборы имеют разную степень точности. ^[2]

Разработка лазерных дальномеров стала значительным прорывом в способности человека быстро и точно измерять высоту деревьев. Вскоре после появления лазерных дальномеров их полезность в измерении деревьев и использование расчетов высоты на основе синуса были признаны и приняты независимо рядом охотников за большими деревьями. ^[20] Роберт Ван Пелт ^[21] начал использовать лазер Criterion 400 около 1994 года на северо-западе Тихого океана в Северной Америке. Прибор имел предварительно запрограммированную процедуру измерения высоты дерева, основанную на методе касательной, но он использовал альтернативный режим вертикального расстояния (VD), по сути, метод синуса без излишеств для измерения высоты деревьев. Он начал использовать оптический дальномер и клинометр Suunto около 1993-94 годов, используя метод синуса. Примерно через год он приобрел лазерный дальномер Bushnell Lytespeed 400 и начал использовать его для измерения деревьев. Роберт Т. Леверетт ^[22] начал использовать лазерные дальномеры на востоке США в 1996 году. Он и Уилл Блозан ^[22] ранее использовали методы кросс-триангуляции для измерения высоты деревьев до принятия методов лазерного дальномера. Первая публикация, описывающая этот процесс, была в книге "Stalking the Forest Monarchs - A Guide to Measuring Champion Trees", опубликованной Уиллом Блозаном, Джеком Собоном и Робертом Левереттом в начале 1997 года ^{[23] [24].} Вскоре эту технику переняли и другие специалисты по обследованию крупных деревьев в других регионах мира. Бретт Мифсуд (2002) пишет: «В этом исследовании использовались новые методы измерения высоких деревьев. Первоначально лазерный дальномер Bushnell '500 Yardage Pro' использовался в сочетании с клинометром Suunto для оценки высоты деревьев во всех регионах. Ранее используемый метод 'простого тангенса' для измерения высоких деревьев был отвергнут в пользу метода 'синуса'». ^[25] В настоящее время этот метод используется исследователями деревьев и обследованиями в Азии, Африке, Европе и Южной Америке.

Используя дальномер и клинометр, для завершения расчета высоты дерева нужны только четыре числа, и не нужна ни лента, ни прямой контакт с деревом. ^{[2] [4] [5]} Показания: 1) расстояние до вершины дерева, измеренное с помощью лазерного дальномера, 2) угол до вершины дерева, измеренный с помощью клинометра, 3) расстояние до основания дерева, измеренное с помощью лазерного дальномера, и 4) угол до основания дерева, измеренный с помощью клинометра. Расчеты включают в себя некоторую базовую тригонометрию, но эти расчеты можно легко выполнить на любом недорогом научном калькуляторе.

Ситуации, когда верхушка измеряемого дерева находится выше уровня глаз, а основание измеряемого дерева находится ниже уровня глаз, являются наиболее распространенной ситуацией, встречающейся в полевых условиях. Два других случая — это те, когда и верхушка дерева, и основание дерева находятся выше уровня глаз, и когда и верхушка дерева, и основание дерева расположены ниже уровня глаз. В первой ситуации, если D1 — это расстояние до верхушки дерева, измеренное с помощью лазерного дальномера, а (a) — это угол к верхушке дерева, измеренный с помощью клинометра, то это образует гипотенузу прямоугольного треугольника с основанием треугольника на уровне глаз. Высота дерева над уровнем глаз равна [h1 = sin(a) x D1]. Тот же процесс используется для измерения высоты или расширения основания дерева выше или ниже уровня глаз, где D1 — это расстояние до основания дерева, а (b) — это угол к основанию дерева. Следовательно, вертикальное расстояние до основания дерева выше или ниже уровня глаз равно [h2 = sin(b) x D2]. При сложении h1 и h2 следует руководствоваться здравым смыслом. Если основание дерева находится ниже уровня глаз, то расстояние, на которое оно простирается ниже уровня глаз, добавляется к высоте дерева над уровнем глаз, чтобы вычислить общую высоту дерева. Если основание дерева находится выше уровня, то эта высота вычитается из высоты до вершины дерева. Математически, поскольку синус отрицательного угла отрицателен, мы всегда получаем следующую формулу:

высота = sin(a) x (D1) – sin(b) x (D2)

Существуют некоторые ошибки, связанные с методом синусоидальной вершины/синусоидальной низа. Во-первых, разрешение лазерного дальномера может варьироваться от дюйма (2,54 см) или менее до половины ярда (46 см) или более в зависимости от используемой модели. Проверяя характеристики лазера с помощью процедуры калибровки и проводя измерения только в точках щелчка, где числа изменяются от одного значения к следующему большему, можно получить от прибора гораздо большую точность. ^[2] Ручной клинометр может считываться только с точностью около ¼ градуса, что приводит к другому источнику ошибок. Однако, делая несколько снимков наверх с разных позиций и снимая в точки щелчка, можно получить точные высоты от земли с точностью менее фута от фактической высоты дерева. Кроме того, многократные измерения позволяют идентифицировать ошибочные значения, где клинометр был неправильно считан, и исключить их из набора измерений. Проблемы могут также возникнуть, когда основание дерева закрыто кустарником, в таких ситуациях можно использовать комбинацию метода касательной и синусоидального метода. Если основание дерева находится не намного ниже уровня глаз, горизонтальное расстояние до ствола дерева можно измерить с помощью лазерного дальномера, а угол до основания измерить с помощью клинометра. Вертикальное смещение от основания дерева к горизонтали можно определить с помощью метода касательной для нижнего треугольника, где [H2 = tan(A2) x D2]. В этих случаях, когда дерево довольно вертикальное и вертикальное расстояние от основания дерева до уровня глаз невелико, любые ошибки от использования метода касательной для основания минимальны.

Использование этого метода имеет значительные преимущества по сравнению с базовым методом клинометра и касательной ленты. При использовании этой методики больше не имеет значения, смещена ли вершина дерева относительно основания дерева, что устраняет один из основных источников ошибок, присутствующих в методе касательной. Второе преимущество технологии лазерного дальномера заключается в том, что лазер можно использовать для сканирования верхних частей дерева, чтобы определить, какая вершина на самом деле является истинной вершиной дерева. Как правило, если есть несколько показаний с разных вершин дерева под одним и тем же наклоном или около него, то та, которая находится дальше всего по расстоянию, представляет собой самую высокую вершину группы. Эта способность сканирования для поиска самой высокой точки помогает устранить второй основной источник ошибок, вызванных неправильным определением наклоненной вперед ветви или неправильной вершины. Кроме того, помимо грубых ошибок, возникающих из-за неправильного считывания показаний прибора, результаты не будут завышать высоту дерева. Высота все равно может быть недоизмерена, если истинная вершина дерева определена неправильно. Метод синусоидальной вершины/синусоидального основания позволяет измерять высоту деревьев, которые находятся полностью выше или ниже уровня глаз геодезиста, а также на ровной поверхности. Дерево также можно измерять по сегментам, где верх и низ дерева не видны из одного места. Одно измерение высоты занимает всего несколько минут с использованием отдельного лазерного дальномера и клинометра или меньше при использовании приборов со встроенным электронным клинометром. Измерения, выполненные с использованием этих методов путем усреднения нескольких снимков, обычно находятся в пределах фута или меньше от измерений рулеткой, выполненных альпинистом.

Некоторые лазерные гипсометры имеют встроенную функцию измерения высоты. Перед использованием этой функции пользователь должен прочитать инструкции о том, как она работает. В некоторых реализациях она вычисляет высоту деревьев, используя несовершенный метод касательной, в то время как в других она позволяет использовать лучший метод синусоидальной вершины/синусоидального основания. Метод синусоидальной вершины/синусоидального основания можно назвать функцией вертикального расстояния или двухточечным методом. Например, Nikon Forestry 550 реализует только метод синусоидальной вершины/синусоидального основания, в то время как его преемник Forestry Pro имеет как двухточечное измерение, так и трехточечную функцию измерения. Функция трехточечного измерения использует метод касательной, в то время как двухточечный метод использует метод синусоидальной вершины/синусоидального основания. Верхний и нижний треугольники автоматически измеряются с помощью двухточечной функции и складываются, что дает точное измерение высоты.

Более подробное обсуждение метода лазерного дальномера/клинометра можно найти в работах Блозана ^{[4] [5]} и Фрэнка ^[2] , а также в обсуждениях на веб-сайте Native Tree Society и BBS. ^{[26] [27]}

Обзоры метода синуса были опубликованы исследователем лесного хозяйства США доктором Доном Брэггом. ^{[28] [29]} Он пишет: «Когда высоты измерялись правильно и при благоприятных обстоятельствах, результаты, полученные методами касательной и синуса, отличались всего на 2 процента. Однако в более сложных условиях погрешность составляла от 8 до 42 процентов. Эти примеры также подчеркивают ряд явных преимуществ использования метода синуса, особенно когда требуется точная высота дерева. и При типичных обстоятельствах метод синуса является наиболее надежным средством, доступным в настоящее время для определения высоты стоящего дерева, в основном потому, что он относительно нечувствителен к некоторым основным предположениям метода касательной. К сожалению, только недавно технологии позволили использовать метод синуса, тогда как метод касательной укоренился в процедурах и приборах на протяжении многих десятилетий».

Высоту деревьев можно измерить напрямую с помощью шеста для более низких деревьев или забравшись на более крупное дерево и измерив высоту с помощью длинной измерительной ленты. Измерения с помощью шеста ^{[30] [31]} хорошо подходят для небольших деревьев, устраняя необходимость в тригонометрии, включающей несколько треугольников, и для деревьев ниже минимального диапазона для лазерных дальномеров. Колби Ракер пишет: «Для самых маленьких деревьев хорошо подойдет складная линейка плотника длиной шесть футов. Выше линейки нужна шест. Алюминиевый малярный шест выдвигается почти до двенадцати футов (3,7 м) и работает довольно хорошо. Его можно отрегулировать по высоте небольшого дерева, а шест измерить стальной лентой, прикрепленной к одному концу. Его можно поднять на вершину немного более высокого дерева, а расстояние до земли измерить с помощью плотницкой линейки. Для дополнительной досягаемости можно сделать два алюминиевых удлинителя, которые вставляются друг в друга, и оба помещаются внутри шеста. Я использовал прочную алюминиевую лыжную палку для верхней части. Это удлиняет шест примерно до двадцати футов (6,1 м), что удобно для большинства работ. Иногда требуется дополнительная высота и можно добавить дополнительные длины, но шест становится громоздким на такой большой высоте. Для шестов можно использовать стандартные десятифутовые секции ПВХ-труб, но они, как правило, становятся более гибкими с увеличивая длину».

Высота деревьев также может быть напрямую измерена альпинистом. ^{[4] [32]} Альпинист достигает вершины дерева, находя позицию как можно ближе к вершине, насколько это возможно. После надежной фиксации с этой позиции альпинист находит свободный путь и сбрасывает утяжеленный трос на землю. Лента крепится к концу спускаемого троса и протягивается к вершине, следуя пути утяжеленного троса. Нижней точкой отсчета является положение ствола на середине склона на уровне земли. Общая высота дерева до позиции альпиниста считывается непосредственно с ленты. Стекловолоконные ленты обычно используются для этих измерений из-за их легкого веса, незначительного растяжения и потому, что их не нужно калибровать для использования при разных температурах. Если лента будет использоваться позже в качестве фиксированного ориентира для последующих измерений объема ствола, верхняя часть закрепляется на месте с помощью нескольких кнопок. Это удерживает ленту на месте во время измерений объема, но ее все еще можно освободить снизу после завершения.

Для измерения оставшейся высоты дерева обычно используется шест. Альпинист тянет выдвижной шест и использует его, чтобы дотянуться до вершины дерева от точки на верхнем конце ленты. Если он не вертикальный, измеряется наклон наклонного шеста и длина шеста. Вертикальное расстояние, добавленное шестом к длине ленты, равно (sin Θ x длина шеста).

Существует несколько дополнительных методов, которые можно использовать для измерения высоты деревьев на расстоянии, которые могут давать достаточно точные результаты. К ним относятся традиционные методы съемки с использованием теодолита , кросс-триангуляция, метод расширенной базовой линии, метод параллакса и метод треугольника.

Для измерения высоты деревьев можно использовать стандартные методы съемки. Теодолит с электронным измерением расстояния (функция EDM0 или тахеометр) может обеспечить точные высоты, поскольку конкретная точка на кроне дерева может быть последовательно выбрана и «снята» через линзу с большим увеличением с перекрестьем, установленным на штативе, что дополнительно стабилизирует устройство. Недостатками являются непомерно высокая стоимость инструмента для обычных пользователей и необходимость хорошо вырубленного коридора для измерения горизонтального расстояния, который должен быть очищен для каждого измерения, а также общее отсутствие легкой портативности. ^[33]

Можно использовать методы кросс-триангуляции. ^{[4] [5] [23]} Верхушка дерева визируется с одной позиции, и линия вдоль земли от наблюдателя к вершине дерева отмечается. Затем верхушка дерева находится со второй позиции наблюдения, в идеале около 90 градусов вокруг дерева от первой позиции, и линия вдоль земли к вершине дерева снова отмечается. Пересечение этих двух линий должно быть расположено на земле прямо под вершиной дерева. Как только это положение известно, высоту верхушки дерева над этой точкой можно измерить с помощью метода касательной без необходимости использования лазерного дальномера. Затем можно измерить относительную высоту этой точки к основанию дерева и определить общую высоту дерева. Команда из двух человек облегчит этот процесс. К недостаткам этого метода относятся, среди прочего: 1) сложность правильного определения фактической вершины дерева с земли, 2) возможность определения одной и той же вершины с обеих позиций и 3) это очень трудоемкий процесс.

Метод внешней базовой линии, разработанный Робертом Т. Левереттом ^{[34] [35] [36],} основан на идее, что будет разница в угле к вершине объекта, если он рассматривается с двух разных расстояний вдоль общей базовой линии. Высоту дерева над ровной базовой линией можно определить, измерив угол к вершине дерева из двух разных положений, одно дальше другого вдоль той же базовой линии и горизонтальной плоскости, если расстояние между этими двумя точками измерения известно.

Точно измеряя разницу между углами и расстоянием до объекта с более близкого положения, можно вычислить высоту объекта. Для этого процесса требуется очень точное измерение угла. Чтобы использовать метод как для верха, так и для основания, требуется восемь измерений и использование трех отдельных формул. Набор формул применяется один раз для верха дерева и один раз для низа. Если базовая линия не может быть ровной, необходимо выполнить более сложный расчет, учитывающий наклон базовой линии. Разработана электронная таблица Excel, которая автоматизирует расчеты и доступна на ENTS BBS/веб-сайте. Она охватывает общие методы, основанные на касательных, и включает анализ ошибок. Существует ряд вариаций для других сценариев, когда точки наблюдения находятся не на одной высоте или не вдоль одной базовой линии.

Метод параллакса 3-D ^{[37] [38]} — это метод обследования для измерения высоты дерева косвенным способом Майкла Тейлора. Метод параллакса включает в себя нахождение двух различных видов на вершину дерева, перепада уровня земли и горизонтальных углов размаха между вершиной и двумя видами. Эти значения могут быть использованы в алгебраическом уравнении для определения высоты вершины дерева над станциями, которые могут быть рассчитаны. Метод параллакса не проводит прямых измерений ствола или вершины дерева.

Метод трех вертикалей (ранее метод треугольника) является модификацией более простого метода параллакса. ^[39] Можно измерить высоту дерева косвенно, не принимая никаких горизонтальных углов развертки, которые может быть трудно получить точно в полевых условиях. С помощью этого метода найдите три открытых вида в любом пространстве на верхушку дерева. Эти точки в идеале должны находиться в пределах видимости друг друга, чтобы избежать косвенных съемок. После того, как геодезист снял три вертикальных угла на верхушку дерева, берутся наклонные расстояния и углы между тремя точками наблюдения. Затем высоту верхушки дерева можно вывести с помощью ряда уравнений, которые требуют итеративного численного решения и использования компьютера. Метод треугольника, уравнения, диаграммы измерений и производные были разработаны Майклом Тейлором и доступны на его веб-сайте. Программа для расчетов написана на базовом языке и также может быть загружена с его веб-сайта. ^[40]

LiDAR , аббревиатура от Light Detection and Ranging, представляет собой технологию оптического дистанционного зондирования , которая может измерять расстояние до объектов. Данные LiDAR общедоступны для многих областей ^[42], и эти наборы данных могут использоваться для отображения высоты деревьев, присутствующих в любом из этих мест. Высоты определяются путем измерения расстояния до земли с воздуха, расстояния до верхушек деревьев и отображения разницы между двумя значениями. В отчете USGS ^[43] сравниваются наземные измерения, выполненные с использованием тахеометра на двух разных участках, на одном из которых преобладает пихта Дугласа ( Pseudotsuga menziesii ), а на другом — сосна желтая ( Pinus ponderosa ), с результатами, полученными с помощью данных LiDAR. Они обнаружили, что измерения высоты, полученные с помощью узкого луча (0,33 м) и высокой плотности (6 точек/м2) LiDAR, были точнее (средняя ошибка i: SD = -0,73 + 0,43 м), чем измерения, полученные с помощью широкого луча (0,8 м) LiDAR (-1,12 ± 0,56 м). Измерения высоты, полученные с помощью LiDAR, были точнее для желтой сосны (-0,43 i: 0,13 м), чем для пихты Дугласа (-1,05 i: 0,41 м) при настройке узкого луча. Высоты деревьев, полученные с помощью обычных полевых методов (-0,27 ± 0,27 м), были точнее, чем полученные с помощью LiDAR (-0,73 i: 0,43 м для настройки узкого луча).

Келли и др. ^[44] обнаружили, что LiDAR с размером ячейки 20 футов (6,1 м) для целевой области в Северной Каролине не имел достаточно деталей для измерения отдельных деревьев, но был достаточен для определения лучших участков роста со зрелым лесом и наиболее высокими деревьями. Они обнаружили, что сильно отражающие поверхности, такие как вода и крыши домов, иногда ошибочно отображались как высокие деревья на картах данных, и рекомендуют координировать использование LiDAR с топографическими картами для выявления этих потенциальных ложных возвратов. Недооценка истинной высоты отдельных деревьев была обнаружена для некоторых местоположений высоких деревьев, указанных на картах LiDAR, и была приписана неспособности LiDAR при таком разрешении обнаруживать, по-видимому, не все ветки в пологе леса. Они пишут: «Помимо использования LiDAR для обнаружения высоких деревьев, есть большие перспективы использования LiDAR для обнаружения старовозрастных лесов. При сравнении известных старовозрастных участков с участками вторичного роста с помощью LiDAR, старовозрастные участки имеют гораздо более текстурированный полог из-за частых и часто удивительно равномерно расположенных промежутков между выпадением деревьев. Нахождение уравнений, которые могут предсказывать старовозрастные леса различных типов с использованием LiDAR и других источников данных, является важной областью научных исследований, которая может способствовать сохранению старовозрастных лесов».

Карты глобальных высот покрова были разработаны с использованием LiDAR Майклом Лефски в 2010 году ^[45] и обновлены годом позже группой под руководством Марка Симарда из Лаборатории реактивного движения НАСА. ^[46] Уменьшенную версию карты можно найти на веб-сайте NASA Earth Observatory. ^[47]

LiDAR часто использовался членами NTS для поиска участков с высокими деревьями и для определения областей внутри участка с наибольшим потенциалом для обнаружения высоких деревьев. Они обнаружили, что LiDAR является полезным инструментом для разведки мест перед визитами, но значения должны быть проверены на местности для точности. Майкл Тейлор пишет: «На ровных участках, таких как государственный парк Гумбольдт Редвудс, точность LiDAR обычно составляла 3 фута (91 см) и, как правило, была консервативной. Для крутых холмистых участков LIDAR часто завышал оценку на 20 футов (6,1 м) больше из-за того, что секвойи имеют тенденцию наклоняться вниз по склону в каньонах с выемками, поскольку они ищут открытые участки для большего количества света. Если дерево растет около оврага, эта завышенная оценка LiDAR была скорее нормой, чем исключением. Возможно, только 50% деревьев из списка LiDAR из национального парка Редвуд были на самом деле деревьями высотой более 350 футов (110 м). Из государственного парка Гумбольдт Редвудс почти 100% возвратов LiDAR, которые возвращались как деревья высотой более 350 футов (110 м), на самом деле были деревьями высотой более 350 футов (110 м) при подтверждении с земли или с помощью ленты, развернутой альпинистом. Это зависит от рельефа местности и того, насколько хорошо земля/ствол Интерфейс был захвачен. Для крутых и густых пологов определение земли является большой проблемой. ^[48] Обзор использования LiDAR для измерения деревьев был написан Полом Джостом на веб-сайте NTS. ^[49] Данные для большей части Соединенных Штатов можно загрузить с сайта USGS ^[42] или из различных государственных агентств. Доступно несколько различных просмотрщиков данных. Изенбург и Сьючук разработали программное обеспечение для визуализации LiDAR в Google Earth. ^[50] Другой просмотрщик называется Fusion, программный инструмент просмотра и анализа LiDAR, разработанный группой по лесоводству и лесным моделям, исследовательским отделением Лесной службы США. Стив Гейлхаус ^{[51] [52]} предоставляет пошаговое руководство по использованию программного обеспечения Fusion в дополнение к инструкциям на самом веб-сайте Fusion.

В 2012 году Google Earth начал предлагать 3D-модели некоторых крупных городов с использованием стереофотограмметрии ^[53] , которая позволяет пользователям измерять высоту зданий и деревьев, регулируя высоту полигона в 3D, или использовать функцию линейки для измерения высоты объекта на 3D-пути в Google Earth Pro. ^[54] В Google Earth существуют и другие методы аппроксимации высоты деревьев. Используя Street View, можно отрегулировать высоту новой метки для выравнивания с верхушкой дерева или здания, а другие методы включают оценку общей высоты здания или дерева по длине тени на 2D-аэрофотоснимке или спутниковом снимке. ^[55]