4.2 Приборы для измерения толщины деревьев

Толщину (диаметр) растущих или сваленных деревьев измеряют лесной мерной вилкой (рисунок 4.2). В прежние времена ею также измеряли высоту растущих деревьев. Лесная мерная вилка – основной инструмент, применяемый при таксационных работах.

Рисунок 4.2 Мерные вилки

а), б), в) – традиционная мерная вилка; г) - угловая мерная вилка; д) - стержневая мерная вилка

За длительный период развития таксационной техники сконструирован много разнообразных мерных вилок. Все их разнообразие можно свести к трем типам, схематическое изображение которых дано на рисунке 4.2.

Вилки первого типа состоят из мерной линейки с нанесенной на нее шкалой и двух параллельных брусков. Один из них неподвижно под прямым углом соединен с концом линейки. Второй брусок перемещается по линейке соответственно величине измеряемого диаметра ствола.

Вилку второго типа образуют закрепленные на линейке два бруска, являющиеся гранями угла величиной 120˚. При этой конструкции вилок диаметр ствола определяется путем измерения хорд круга.

Вилки третьего типа состоят из стержня, двух закрепленных на нем брусков, образующих острый угол, и подвижного штока, входящего внутрь стержня. По длине отрезка штока от боковой поверхности ствола до стержня вилки определяют диаметр ствола. В вилке этой конструкции возможна замена штока мерной нитью, огибающей часть окружности ствола, входящую в раствор вилки.

У стволов, имеющих гладкую кору и поперечное сечение, близкое по форме к кругу, диаметры измеряются с одинаковой точностью мерными вилками всех трех типов. При наличии существенных отклонений поперечных сечений стволов от формы круга с наибольшей точностью определяется толщина стволов мерной вилкой первого типа.

Наибольшее распространение получили мерные вилки первого типа. Традиционно (с XIX века) эти вилки изготавливались из дерева. У них линейка имеет трапециодальное поперечное сечение, в котором одна узкая сторона (кромка) перпендикулярна широким сторонам. На широких сторонах линейки сделаны выемки глубиной 1 мм (рисунок 4.2 - а, б), в которых нанесены перпендикулярно ее длине деления: с одной стороны сантиметровые, где цифры даны через 4 см, с другой полусантиметровые – с цифрами через 2 см.

У мерной вилки неподвижная ножка с утолщенным и уширенным основанием изготовлена из одного куска дерева. В основании ножки выдолблено сквозное продолговатое отверстие, в которое плотно входит конец линейки и скрепляется с ней двумя шурупами. Подвижная ножка также изготовлена из одного куска дерева. Один конец уширен. В нем сделан прямоугольный вырез, которым ножка надевается на линейку. Вырез с одной стороны закрыт съемной деревянной планкой, которая прикреплена к уширенной части ножки шестью шурупами. Вырез должен быть такого размера, чтобы ножка свободно передвигалась по всей длине линейки и в то же время плотно прилегала к ней, а рабочая плоскость ножки при всех положениях оставалась перпендикулярной линейки.

Подвижная ножка вследствие набухания и ссыхания деревянных частей расшатывается и образует с линейкой угол, который бывает больше или меньше прямого. Для устранения этого недостатка вырез в подвижной ножке делают несколько больших размеров и помещают в нем металлический вкладыш, снабженный пружинками и стопорным винтом с барашком. При завинчивании стопорного винта вкладыш плотно закрепляет подвижную ножку в любом месте линейки перпендикулярно ей. При набухании деревянных частей линейки вкладыш отводят с помощью винта назад.

Плоскости рабочих сторон ножек перпендикулярны линейке. При полном сближении обеих ножек их рабочие плоскости плотно соприкасаются. При измерении толщины дерева подвижную ножку отводят по линейке в сторону, и ствол заключают между неподвижной и подвижной ножками. Толщину дерева определяют по линейке, на которую насажены ножки.

Для измерения толщины растущих деревьев устанавливают градации или, как их называют, ступени толщины в 2 или 4 см. Доли, составляющие меньше половины этих градаций, при измерении диаметров отбрасывают, а больше половины – принимают за целые числа.

Если на мерную вилку нанесены все деления подряд, начиная от 1 см, это затрудняет работу, так как при измерениях приходится каждый раз соображать, что сделать с неполной, дробной частью ступени, т.е. когда следует ее отбросить и когда считать за целое. Поэтому на одну из линеек мерной вилки обычно наносят деления с округлением.

Из изложенного видно, что конструкций мерных вилок очень много. Они отличаются не только по устройству, но и по материалу, из которого изготовлены. В XIX и первой половине ХХ века наиболее распространенными были деревянные мерные вилки, хотя встречались и металлические. Традиционная мерная вилка, которая еще в СССР была стандартизирована, имела вид, показанный на рисуноке 4.3.

Стандартная мерная вилка на продольной планке обычно имеет 2 шкалы. Одна из них представляет собой обычную линейку, размеченную через 2 см. точка нуля (0) находится на пересечении неподвижной ножки и измерительной планки (рисунок 4.3).

На другой стороне измерительной планки деления нанесены с округлением, через 4 см. Шкала построена таким образом, что мы сразу считываем толщину дерева, округленную до 4 см, т.е. определяем 4-см ступени толщины. Шкала 4-х см ступеней толщины показана в таблице 4.1.

Длина измерительной планки деревянных мерных вилок (в довоенные годы и до 70-х годов) обычно составляла 1 м и больше. В настоящее время из-за измельчания лесосечного фонда длина линеек пластмассовых мерных вилок обычно равна 60 – 64 см.

Рисунок 4.3 Стандартная традиционная мерная вилка

Автору учебного пособия неоднократно приходилось отвечать на вопросы, задаваемые не только лесниками, но и мастерами леса: «На мерной вилке есть две шкалы. Какая из них правильная?» Приходилось приводить вышеприведенные объяснения, поясняя, что верны обе шкалы, но шкала, градуированная через 4-х см, размечена с округлением.

Таблица 4.1 – Шкала 4-см ступеней толщины

Ступень толщины, см	Интервал, см	Ступень толщины, см	Интервал, см	Ступень толщины, см	Интервал, см
4	2,1 – 6,0	24	22,1 – 26,0	44	42,1 – 46,0
8	6,1 – 10,0	28	26,1 – 30,0	48	46,1 – 50,0
12	10,1 – 14,0	32	30,1 – 34,0	52	50,1 – 54,0
16	14,1 – 18,0	36	34,1 – 38,0	58	54,1 – 58,0
20	18,1 – 22,0	40	38,1 – 42,0	60	58,1 – 62,0

Измерительная планка мерной вилки, которая позволяет сразу считывать результаты по 4-см ступеням толщины, выглядит следующим образом (рисунок 4.4).

Особенностью этой шкалы является то, что на пересечении измерительной планки и неподвижной ножки, т.е. в начальной точке измерений ставится не 0, а 2 см. В результате вся шкала сдвигается на 2 см т.е. 4 см ступени толщины измеряемого дерево считываются сразу. При этом ступенью толщины будет то значение, которое видно последним перед подвижной ножкой.

Рисунок 4.4 Пример взятия отсчёта по 4-см шкале мерной вилке

Например, на рисунке 4.4 при положении подвижной ножки в положении 1 ступень толщины будет 8; в положении 2 – 12; 3 – 16; 4 – 24; 5 – 28 и т.д. Действительно, фактический диаметр дерева в положении 1 равен 9 см, что попадает в интервал 6,1 – 10,0; в положении 3 диаметр равен 18,0 см (цифра 20 не видна), т.е. попадает в интервал ступени толщины 16 (14,1 – 18,0) и т.д.

Все приведенные объяснения весьма просты. Подробное описание мерной вилки сделано потому, что при ответах студенты часто путаются в шкалах мерной вилки, в чем автору неоднократно приходилось убеждаться в процессе практических занятий, а также при переподготовке мастеров леса, помощников лесничих и даже лесничих.

С 70-х годов прошлого века мерные вилки стали делать из пластмассы. При этом часто наносили только одну 4 см шкалу. Деления на этой вилке часто выглядят очень бледно, что приводит к трудностям при считывании показателей, особенно в ельниках. В этом случае рекомендуется подновить цифры белой краской.

Кроме традиционной мерной вилки, которая описана выше, предложенно много других конструкций мерных вилок. В практике лесного хозяйства применяется мерная вилка, сконструированная научным сотрудником ВНИИЛМ В.В. Никитиным. Особенностью этой мерной вилки является то, что подвижная ножка у нее снабжена кареткой на двух шарикоподшипниках, катящихся по боковым граням линейки. В широкие стороны линейки врезана двойная масштабная шкала с миллиметровым и четырехсантиметровыми делениями. Неподвижную ножку мерной вилки закрепляют на конце линейки штифтом с барашком в следующих положениях: для измерения по миллиметровой шкале на 0 (для точных измерений) и для измерения по четырехсантиметровой шкале на делении 2 см.

Вилка конструкции В.В. Никитина изготовляется из текстолита. Этот материал прочен, обладает стойкостью против коррозии и набухания, что позволяет вести работу при дождливой погоде. Наличие шарикоподшипников в каретке подвижной ножки вилки обеспечивает легкость хода каретки и отсутствие перекосов, искажающих показания на линейке. Общая длина линейки 90 см, а ножек мерной вилки 45 см, масса мерной вилки около 600 г.

В процессе выпуска (с 70-х годов прошлого века) вилку В.В. Никитина упростили: убрали подшипники, ухудшилось написание цифр на шкале. Для того, чтобы хорошо видеть цифры, их приходится подписывать светлой краской. Текстолитовая вилка в настоящее время наиболее распространена.

Л.П. Зайченко сконструирована мерная вилка, представляющая собой дюралюминиевую линейку, на концах которой установлены ножки, шарнирно соединенные с линейкой. Шкалы для измерения диаметров нанесены на линейку вилки. При измерении диаметров левая ножка вилки фиксируется в определенном положении упором на линейке. Скошенная грань правой ножки в момент касания со стволом показывает на шкале его диаметр. Эта вилка портативна и удобна для перевозок.

Во ВНИИЛМе сконструирована мерная вилка ШИД – 05. Она представляет собой полукруг, приставляемый к дереву. Измерения (с точностью 4 см) отмечают по шкале вилки. Ее удобство в том, что ею можно сделать измерения одной рукой.

В последнее время выпущены автоматические и электронные мерные вилки. Именно эти мерные вилки в будущем станут самыми распространенными, вытеснив устаревшие приборы. Электронные мерные вилки представляют собой прибор в виде традиционной современной мерной вилки, но снабженной электронным устройством с датчиками. При измерении деревьев их толщина определяется с помощью датчиков автоматически и заносятся в электронные носители памяти (F – диск). Работу по перечету здесь может выполнять один человек. Существенно упрощается обработка данных перечета – электронное устройство вилки подключается к компьютеру, и результат выдается в автоматическом режиме. В Беларуси уже имеются электронные мерные вилки Haglof. Их широкое применение пока сдерживает высокая цена импорта – до 5 – 10 тыс. USD. Выпускают эти приборы Германия, Швеция и др.

Для обмера деревьев с помощью мерных вилок традиционных конструкций требуются два или три человека: один обмеряет деревья, другой записывает результаты обмеров в ведомость, а третий ставит отметку на дереве. В практике лесного хозяйства состав бригады варьируют от 2 до 4 человек. Обычно отметку на дереве ставит сам мерщик. При хорошей реакции в однопородном древостое или с примесью до 20 – 30 % другой породы мастер может успевать делать записи за 2 и даже 3 мерщиками. Состав бригады для проведения измерений диаметров деревьев (его называют перечетом) зависит как от возможностей записывающего, обычно мастера или помощника лесничего, так и от наличия людей (обычно лесников), которые могут быть привлечены в настоящий момент к этой работе.

Толщину растущих деревьев достаточно просто мы можем измерять не на всем протяжении ствола, а лишь в его нижней комлевой части. Толщину растущих деревьев измеряют на высоте 1,3 м от шейки корня, т.е. на высоте груди человека среднего роста. Поэтому в таксации принято называть диаметр, измеренный на высоте 1,3 м от шейки корня, диаметром на высоте груди. Его обозначают D_m, d_m.

Анализируя значение отдельных таксационных показателей, отметим, что диаметр на высоте груди является наиболее легко и точно определяемым таксационным признаком. При необходимости он может измеряться у всех деревьев, тогда как все другие показатели измеряются только выборочно. Возможность простого определения диаметра позволяет вывести другие показатели с помощью статистических связей или оценить их по величине самого диаметра. Перечет деревьев в насаждении (измерение диаметров) служит основой всех других измерений и вычислений.

Имея в виду эти соображения, обмеру диаметров, как основе таксации, надлежит уделять наибольшее внимание. По мнению немецкого профессора М. Продана, направление наибольшего диаметра совпадает с направлением доминирующего ветра или с направлением склона. В связи с этим в каждом насаждении нужно определить направление наибольшего диаметра. Обмером деревьев под углом 45˚ к направлению наибольшего диаметра в значительной мере можно устранить ошибку в отклонении исчисляемых площадей сечений от истинных.

Толщину бревен большей частью измеряют в тонком конце, который принято называть верхним отрезом. Толщину верхнего отреза можно измерить несложными инструментами – мерной скобой (рисунок 4.5) или складным метром. Применяются и другие виды простых линеек.

Рисунок 4.5 Мерная скоба

Мерная скоба представляет собой брусок длиной до 80 см с нанесенными с двух противоположных сторон сантиметровыми и полусантиметровыми делениями. На одном конце мерной скобы грани округляют и придают им форму ручки. Второй конец оковывают железом, имеющим выступ. Отсчет сантиметровых делений на линейке мерной скобы ведется в направлении от железного выступа к ручке.

При обмере бревен мерную скобу прикладывают к торцу или срезу бревна так, чтобы линейка проходила посередине среза, а железный выступ или крючок упирался в край среза. Деление линейки, с которым совпадает противоположный край, показывает толщину бревна в месте обмера. Толщиной всего бревна считают среднее между его наибольшим и наименьшим диаметрами, хотя обмер обычно делают в одном избранном направлении, например с боков лежащего бревна.