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Optisches Meßgerät für forsttechnische Zwecke
Die Erfindung betrifft
ein forsttechnisches optisches Meßgerät für stehendes Holz, womit die relativen
Größen Stammgrundfläche je Hektar und Formhöhe je Brusthöhendurchmesser unmittelbar
gemessen werden können.
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Die Konstruktion bedient sidh optischer Mittel, durch welche Gesichts.winkel
oder Skalen von einem Höhenkreis in lein Gesichtsfeld gebracht werden, wie dies
nach dem Stand der Technik in ähnlicher Form verschiedentlich bekannt ist, so z.
B. bei Tachymetern. Auch die dem Erfindungsgegenstand ähnliclhe Anordnung einer
horizontalen Striohplatte im Gesichtsfeld ist bei Meßgeräten für stehende Bäume
bereits (bekannt, nicht jedoch die durch Verbindung mit einem Höhenkreis oder Pendel
variable Teilung.
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Keine der genannten Vorrichtungen ist weiter für die unmittelbare
Bestimmung der Stamlmgrundfläche je Hektar eingerichtet. Das dies bezügliche, Winkelzählprobe
genannte Meßverfahren ist nach dem Stand der Technik aus mehreren Veröffentlichungen
IbeRan,nt, so erstmalig aus einem Aufsatz in der Allgemeinen Forst- und Holzwirtschaftlichen
Zeitung, 59. Ja'hrg., Folge 1/2 vom Januar 1948, aus einer Beschreibung in der Zeitschrift
Österreichs Forst- und Holjzxir-tsshaft, 3. Jahrg., Nr. 6 vom 21. März I948 und
einer Abhandlung in Heft 3, 71. Jahrg. des Zentralblattes für die gesamte Forst-und
Holzwirtschaft (Springer-Verlag, Wien). Eine kurze Erlauterung des Meßverfahrens
wird jedoch nachstehend in Verbindung mit der Beschreibung der Zeichnung gegeben.
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Fig. I zeigt das Gesichtsfeld einer optischen Einrichtung nach der
Erfindung mit dem Bild eines auszumessenden Waldbestandes als Beispiel;
Fig.
2 stellt das Aulsfubiirungsteispiel einer Pendelseheibe mit der als Vergleichsmaß
für die horizontalen Gesichtsrwinkeil dienenden Streifenzeichnung und einer zugeordneten
Slkala dMar; Fig. 3 ist ein schemiatischer Längsschniitt durch die Okularseite eines
Fernrohres; Fig. 4 zeigt im lotrechten Längssehnitt eine weitere Ausifùhru,ngsforim
einer erfingdlungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung; Fig. 5 stellt die Über spiegelung
eines Wlatldbildes dar; Fig. 6 ist ein von oben gesehener Schnitt durch die Vorrichtung
nach Fig. 4 entlang der Linie A-B; Fig. 7 zeigt die Vorrichtung in Verbindung mit
einer etinfaoheni Vis iervornichtung.
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Fitr die Wlinkeqtzåh4proi!he wenden bei der e1findungsgeimäß ausgebildeten
Vorrichtung Marken oder scharf begrenzte Felder als Vergleichsmaße für horizontale
Gesichtswinkel (Fig. 1) längs einer horizontalen Visierkante in dias Gesichtsfeld,
beispiealsweise eines Fernrohreis, derart eingespiegelt, daß sich bei geneigter
Visur diese VergleiGhsimaße selbsttätig durch Ab-spiegelung von verjüngten Breiitenaussdehnungen
einer mit einem Pendel fest verbundenen Streyifenzeichnung (Fig. 2) um den Kosinus
des Nejigungsiwinkels der Visur verkürzen.
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Im Beispiel der Fig. I sieht mian in dem in Form einer schmalen Leiste
horizontal von links in das Gesichtsfeld hineinragenden Fortsatz der Spiegelfläche
3 auf dunklem Hintergrund drei helle Felder, durch die auf der oberen, als Visierkante
dienenden Kante der Spiegelleiste sechs Teilpunkte markiert werden, welche zur näheren
Erklärung von links nach rechts mit den Ziffern o, I, 2, 3, 4, 5 bezeichnet seien.
Für die Messung der Winkelzählprobe stehen nun die Gesichtswinkel OI, 02, 03, 04,
os als sogenannte Meßstrecken wahlweise zur Verfügung, welche ganz bestimmten festenProportionen
zwischen der beobachteten, mit der Meßstrecke genau zusammenfallenden Breitenausdehnung
eines Gegenstandes und dessen Horizontalentfernung vom Beobachter entsprechen. Durch
die Kosinusreduktion der Gesichtswinkelbteiten bleibt das Verhältnis zwischen Gegenstandsbreite
und Horizontalprojektion der Gegenstandsentfernung konstant erhalten.
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Diese Reduktion ist erforderlich, damit man im Endergebnis die Stammgrundfläche
pro Hektar für ein Kartenhektar und nicht für ein Hektar im geneigten Gelände erhält.
In obiger Reihe haben die Proportionen die Werte I: IOO, I : 50 1 :50, 1 : 25 2,
1 : 25. Die mittlere Proportion : 50, gegeben durch die Meßstrecke 03, ist zur Erklärung
des Meßverfahrens am besten geeignet.
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Von einem Standpunkt im Innern eines Waldbestandes werden alle sichtbaren
Baumstämme in Brusthöhe anvisiert und im vollen Umkreis gezählt, sofern ihre Brusthöhendurchmesser
breiter als die Meßstrecke o3 erscheinen. Die von der Meßstrecke genau abgedeckten
oder zweifelhaft erscheinenden kommen mit ihrer halben Stückzahl in Anrechnung.
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Die für jede Holzart gefundene Zählsumme ist bereits die Stammgrundfläche
in Quadratmetern pro Hektar Kartenfläche und ergibt durch Multiplikation mit aus
Ertragstafeln oder Zusatzmessungen gefundenen Bestandesmittelhöhen und Bestandesformzahlen
die Holzmasse in Festmetern pro Hektar. Bei der geschilderten Auslesezählung werden
nur jene Bäume erfaßt, deren Horizontalabstand vom Beobachter geringer als ihr fünfzigfacher
Brusthöhendurchmesser ist. Dadurch grenzt sich für jeden vorkommenden Brusthöhendurchmesser
automatisch ein Kreis ab, dessen Durchmesser dem hundertfachen Brusthöhendurchmesser
gleich ist. Die Fläche dieses Kreises beträgt daher das Zehntausendfache des einzelnen
Baumquerschnittes in Brusthöhe. Da dieser Grenzkreis als Probefläche für alle zugehörigen
Brusthöhendurchmesser in Anwendung kommt, ergibt sich der besondere Vorteil, daß
jeder zugehörige und innerhalb von ihm gezählte Baum einer Stammgrundfläche von
einem Zehntausendstel seiner Fläche entspricht, also einem Quadratmeter pro Hektar.
Es grenzt sich bei der Auslesezählung natürlich für jeden vorkommenden Brusthöhendurchmesser
ein eigener Grenzkreis ab, doch gilt für jeden dieselbe Beziehung, und die Zählwerte
aller solcherart ineinandergeschachtelten Grenzkreise addieren sich während der
sehr einfachen Rundzählung.
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Die Meßstrecken OI, 02, 04, 05 ergeben durch ihre zugehörigen Proportionen
gegenüber der mittleren Meßstrecke o3 Grenzkreise von 4-, 2-, V2-, 1/4fachen Flächenausmaßen,
weshalb bei ihrer Verwendung die gefundenen Zählergebnisse mit den Faktoren 1/4,
1/2, 2, 4 zu multiplizieren sind, um die relative Stammgrundfläche in Quadratmetern
pro Hektar zu erhalten.
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Um in Ergänzung der Winkelzählprobe Zusatzmessungen für die Bestimmung
von Holzmassen pro Hektar ausführen zu können, ist das Instrument auch noch für
Formhöhemessungen an einzelnen, stehenden Bäumen im Wege des später näher beschriebenen
Preßlerschen Richthöhenverfahrens eingerichtet. Die diesbezügliche Anordnung bedarf
zunächst einer Vorrichtung, um an ein und demselben Baumstamm verschiedene Schaftdurchmesser
miteinander vergleichen zu können. Es wird das durch paarweise zusammengehörige
Meßstrecken, wie sie für die Messung der Winkelzählprobe im Instrument ohnedies
vorhanden sind, erreicht, indem z. B. der Brusthöhendurchmesser mit einer der größeren
Meßstrecke aus entsprechender Entfernung zur Abdeckung gebracht wird und dadurch
dann am Baumschaft jener Punkt aufgesucht werden kann, bei dem sich der Stammdurchmesser
im Verhältnis einer entsprechend kleineren Meßstrecke verjüngt hat. Um gleichzeitig
die Höhe bis zu diesem aufgefundenen Richtpunkt messen zu können, finden wir im
Instrument einen oder mehrere von einem Höhenkreis bzw. einer Pendelscheibe abgenommene
und in das Gesichtsfeld eingespiegelte Skalenstreifen, die an der Visierkante abgelesen
werden und deren Werte der Tangens funktion des jeweiligen Visurneigungswinkels
proportional sind.
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Derartige Vorrichtungen sind zwar in ähnlichen Formen schon bekannt,
nicht jedoch ihre kombinierte Verwendung mit paarweise zusammengehörigen
horizontalen
Gesichtswinkelmaßen zum Zweck der Formhöhenbestimmung.
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Nach den Angaben von P r e ß 1 e r beträgt die Schafthöhe eines stehenden
Baumes bis zum sogenannten Richtpunkt mit sehr guter Annäherung 3/2 der Formhöhe,
welche auch Walzenhöhe genannt wird und die Höhe jenes Zylinders ist, welcher mit
dem Baumschaftvolumen inhaltsgleich ist und als Basis den Brusthöhenquerschnitt
besitzt.
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Der Richtpunkt ist jene Stelle am Baumschaft, wo dessen Durchmesser
auf den halben Brusthöhendurchmesser verjüngt ist. Um den Richtpunkt eines stehenden
Baumschaftes zum Zweck der Höhenmessung anvisieren zu können, müssen im Instrument
mindestens zwei Meßstrecken (horizontale Gesichtswinkelmaße) vorhanden sein, welche
sich wie 2 : I verhalten. Im Beispiel der Fig. I sind unter den fünf Meßstrecken
drei solcher Paare zu finden, und zwar 03 mit OI, 04 mit 02 und o5 mit 03.
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Unter Verwendung des ersten Paares ist der Meßvorgang folgender:
Man sucht zuerst ohne Rücksichtnahme auf die Visurneigung jene Entfernung von dem
zu messenden Baum auf, bei welcher die Meßstrecke 03 den Brusthöhendurchmesser genau
abdeckt, wie in Fig. I dargestellt.
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Dadurch ist zweierlei erreicht, und zwar erstens eine relative Abstandsmessung
von der Baumschaftachse, indem wir nun den Abstand 50 mit dem Brusthöhendurchmesser
als Einheit aufgesucht haben, und zweitens ist der Brusthöhendurchmesser für die
Bestimmung der Preßlerschen Richthöhe sozusagen in den Zirkel genommen. Hebt man
nun die Visur lotrecht bis zu jener Stelle am Baumschaft, wo dessen Durchmesser
mit der halb so großen Meßstrecke oI übereinzustimmen scheint, so visiert man den
Richtpunkt nach Preßler an und kann sogleich an der linken Skala unmittelbar dessen
Höhe über der Horizontalen bzw. 2/3 davon in der Maßeinheit »Brusthöhendurchmesser«
ablesen. Die Summe mit einer zweiten Visurablesung unterhalb der Horizontalen in
unmittelbarer Nähe des Stammfußes ergibt bereits die gesuchte relative Formhöhe
(Formhöhe geteilt durch Brusthöhendurchmesser). Daraus ist die absolute Formhöhe
durch Multiplikation mit dem Brusthöhendurchmesser im Bedarfsfall abzuleiten.
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Wird die geschilderte Messung mit einem der zwei anderen Meßstreckenpaare
ausgeführt, so ist hierfür entweder je eine eigene Skala vorhanden, oder die Ablesungen
(bzw. deren Summen) an der erstgenannten Skala werden entsprechend umgerechnet.
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Die Anordnung der Meßfelder und Skala gemäß der Erfindung ist selbstverständlich
nicht auf die Ausführungen nach den Fig. I und 2 beschränkt.
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Fig. 2 ist die Ansicht der hier durchscheinend gedachten Pendelscheibe
5 mit der als Vergleichsmaß für die horizontalen Gesichtswinkel dienenden Streifenzeichnung
und einer Tangensskala am Rand, welche beide über die teildurchlässige Spiegelfläche
3 in das in Fig. I gezeigte Gesichtsfeld ein gespiegelt werden. 7 ist die Drehachse
und 8 das Pendelgewicht dieser Pendelscheibe.
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Fig. 3 zeigt als Beispiel für die Anordnung der Pendel scheibe 5
in Verbindung mit einem Fernrohr einen schematischen Horizontalschnitt längs der
optischen Achse des Fernrohres. I ist das Gehäuse, 2 das Okular, 4 die Bildebene
des hier nicht dargestellten Objektivs, in der über die schon beschriebene Spiegelebene
3 gleichzeitig auch die Meßfeldbreiten und Skala der Pendelscheibe 5 sichtbar werden.
6 ist eine Kondensorlinse zur Beleuchtung der transparenten Pendelscheibe in der
Zone der Abspiegelung, 7 die Drehachse der Pendelscheibe 5.
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Die ganze Anordnung kann auch in einem Galileischen Fernrohr eingebaut
sein, wobei dann aber die Streifen- und Skalenzeichnung der Pendelscheibe 5 als
Bild einer eigenen Projektionslinse in die Bildebene des Fernrohrobjektivs entworfen
werden muß.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einer Pendeltrommel.
Im Gehäuse I sind zwei Prismen I3 an einen durchsichtigen Spiegel 3 gekittet. Bei
1 1 befindet sich im Gehäuse I ein Fenster für den Einblick, bei 12 der Ausblick.
Eine an das untere Prisma 13 angekittete plankonvexe Linse 15 entwirft in der deutlichen
Sehweite des bei 1 1 einblickenden Auges über den Spiegel 3 ein vergrößertes Bild
der auf dem Mantel einer Trommel 5 angebrachten Streifen- und Skalenzeichnung. Diese
wird jedoch nur dann dem Auge sichtbar, wenn sie entsprechend heller als das im
Durchblick sichtbare Geländebild beleuchtet wird.
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Um das zu erreichen. gelangt durch eine Kondensorlinse 6 gesammeltes
Licht an die Ablesestelle der Streifenzeichnung, eventuell noch durch Spiegel-bzw.
Reflexflächen an den Zungen 9 und IO verstärkt. Die Oberseite der Zungen g und IO
ist jedoch möglichst schwarz ausgestaltet und dient der Abblendung der nicht erwünschten
Streifenzonen. Die Zunge IO befindet sich nahe über der Streifenzeichnung und hat
im Lupenbild die scharf begrenzte Visier- und Ablesekante zu bilden, während die
Zunge 9 den Zweck hat, die Streifenzeichnung unscharf abzublenden und daher vom
Trommelmantel weiter entfernt ist. 7 bezeichnet die Drehachse und 8 das Pendelgewicht
der Pendeltrommel 5, deren dick ausgezogenes Umfangsstück die Streifen- und Skalenzeichnung
im Schnitt bezeichnet.
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Wie bereits bei der Erläuterung der Fig. 3 angegeben ist, kann das
Bild der Streifen- und Skalenzeichnung auch durch Projektion mittels eines eigenen
Objektivs in das Gesichtsfeld eines z. B.
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Galileischen Fernrohres gebracht werden. In diesem Fall würde sich
beim Einblick 1 1 eine Zerstreuungslinse als Okular und beim Ausblick 12 ein Fernrohrobjektiv
befinden. An Stelle der Linse 15 würde ein Objektiv angebracht sein, welches über
den Spiegel 3 in der Bildebene des Fernrohrobjektivs das Bild der Streifen- und
Skalenzeichnung entstehen ließe.
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Fig. 5 stellt die Uberspiegelung eines Waldbildes durch die drei
sich unterhalb der Visierkante scharf abhebenden, hellen Felder (die Visierkante
wird
durch den oberen Rand der drei hellen Felder gebildet) sowie
durch die seitlichen Skalen dar. Da außer den genannten hellen Bildern alle anderen
eingespiegelten Bildteiie schwarz gehalten sind, vermag man durch den durchsichtigen
Spiegel hindurch das Gelände, wenn auch mit etwas Lichtverlust, neben den eingespiegelten
Bildern zu erkennen.
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Fig. 6 zeigt das längs der Linie A-B (Fig. 4) durchschnittene Instrument
von oben. Außer dem Gehäuse I und einem kleinen abgeschnittenen Teil der Kondensorlinse
6 sieht man die auf der Achse 7 gelagerte Pendeltrommel mit den drei weißen Feldstreifen
in der Mitte und den beiden Skalen am Rand sowie die knapp über der Pendeltrommel
liegende Zunge IQ.
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Fig. 7 zeigt den Erfindungsgegenstand in Verbindung mit einer einfachen
Visiervorrichtung.
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EinVisierstab Vwird knapp unterhalb des Auges A angelegt, wobei entweder
mit oder ohne Diopter D über die Kante des Prismas I3 bzw. des Spiegels 3 als Visierkante
geblickt wird. Dabei erscheint bei B das Spiegelbild der Streifen- und Skalenzeichnung,
die auf dem Mantel der Pendeltrommel in der Seitenansicht als verdickte Umfangslinie
gezeichnet ist, und kann zur Vergleichsmessung fiir horizontale Gesichtswinkel und
zur Höhenablesung an den Skalen, wie oben beschrieben, benutzt werden. Die Pendeltrommel
5 hat bei 8 ihr Pendelgewicht und ist leicht drehbar in einer Gabel G gelagert,
welche einerseits mit dem Visierstab V verbunden ist und in der andererseits auch
das Prisma I3 oder der Spiegel 3 befestigt sind.
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PATENTANSPP,ÜCHE: I. Vorrichtung zur Bestimmung der Stammgrundfläche
pro Hektar an stehenden Waldbeständen, dadurch gekennzeichnet, daß längs einer horizontalen
Visierkante ein horizontaler Ausschnitt einer mit einem Pendel fest verbundenen,
sich um den Kosinus des Neigungswinkels der Visur verjüngenden Streifenzeichnung
in an sich bekannter Weise in ein Gesichtsfeld eingespiegelt werden.