一种树木内部缺陷测量方法

本发明涉及树木测量领域，尤其涉及一种树木内部缺陷测量方法。

背景技术：

1、树木在生长过程中，由于各种原因,会产生节子、空洞、腐朽、裂缝等内部缺陷，这些缺陷存在于树干内部难以被发现。因此如何及时发现和处理树木的缺陷，从而有效地保护树木健康生长具有重要的研究意义。当前，x射线、超声波、应力波已被广泛应用于许多研究领域的无损检测技术。但是，x射线使用过程中会产生一些辐射，会对使用人员的身体健康产生危害，所以该方法并没有被广泛的应用在木材无损检测当中。超声波检测法由于其测量时信号衰减严重，传输距离短，多用于测试对象尺寸较小的场合，另外对木材的表面光滑程度有一定要求，因此在木材无损检测的应用中也较少。应力波检测法与其他无损检测技术相比，安全可靠性更高，设备更便携，适用性更强，逐渐成为林木无损检测领域的主流技术，但其所部署的传感器数量有限、布局不规则，成像精度受限，容易导致检测到的林木缺陷面积偏大、缺陷位置偏移等问题；且应力波检测设备使用前需要将多个传感器部署到树干并测量其所在位置；使用过程中需要使用电子锤等设备敲击传感器产生单通道应力波信号后，通过波速比对后才能判断出木材中是否有缺陷，使用过程费时费力。

2、综上所述，树木内部缺陷检测存在难度大、测量成本高、效率低、探测行为损毁大等难点。

技术实现思路

1、为了实现树木内部缺陷的快速、精确与无损检测，本发明提出了一种树木内部缺陷测量方法，应用于立木测量设备；所述立木测量设备包括：

2、卡尺组件，其包括尺身、固定卡尺以及活动卡尺，所述固定卡尺固定在所述尺身的一端，所述活动卡尺可移动的设置在所述尺身上，所述活动卡尺与所述固定卡尺可配合以夹持所述立木；

3、测量组件，其包括第一超宽带测量模块以及第二超宽带测量模块，所述第一超宽带测量模块固定在所述固定卡尺上，所述第二超宽带测量模块固定在所述活动卡尺上，且所述第一超宽带测量模块用于发出超宽带信号、所述第二超宽带测量模块用于接收所述超宽带信号；

4、扶手组件，其包括固定在所述尺身上的第一扶手以及活动设置在所述尺身上的第二扶手，所述固定卡尺的一端与所述第一扶手远离所述尺身的一端相接，所述活动卡尺的一端与所述第二扶手远离所述尺身的一端相接；

5、所述第二扶手内设置有：容栅传感器、姿态传感器、电子海拔计、时钟模块与主控模块；所述主控模块用于基于容栅传感器的测量信号获取固定卡尺与活动卡尺之间的垂直距离即卡尺间距；所述主控模块还用于基于姿态传感器的测量信号获取第一夹角以及三维直角局部坐标系中x方向与y方向上的线性加速度；所述主控模块还用于基于电子海拔计的测量信号获取尺身所处平面的海拔；所述第一夹角为尺身与正北方向之间的夹角；所述主控模块还用于通过第一超宽带测量模块与第二超宽带测量模块获取超宽带信号的通信时间；

6、所述方法包括：

7、通过立木测量设备采用平面测量法依次对多个预设高度下的树木横截面进行测量，得到各树木横截面对应的数据集合；所述数据集合中包括：不同测量路径对应的测量数据；所述测量数据包括卡尺间距、第一夹角、尺身所处平面的海拔、超宽带信号的通信时间、x方向与y方向上的线性加速度；

8、通过数据集合获取对应树木横截面中的缺陷面积；

9、通过各树木横截面对应的缺陷面积与相邻树木横截面之间的间隔长度获取缺陷区域的体积。

10、进一步地，所述三维直角局部坐标系通过第一夹角确定；

11、所述三维直角局部坐标系中：被测树木底部中心为坐标系原点、正北为x轴正方向、垂直向上为z轴正方向，正东为y轴正方向。

12、进一步地，所述平面测量法包括：通过立木测量设备对树木横截面的上半圆与下半圆水平测量多次，并对树木横截面的左半圆与右半圆垂直测量多次，得到该树木横截面对应的数据集合。

13、进一步地，通过数据集合获取对应树木横截面中的缺陷面积，具体包括：

14、获取数据集合中各测量路径对应的比例值；所述比例值为超宽带信号的通信时间与卡尺间距的比值；

15、获取比值未处于标准范围内的测量路径为目标路径；

16、通过目标路径对应的测量数据，获取该目标路径对应的边缘节点坐标；

17、通过各目标路径对应的边缘节点坐标获取对应树木横截面中的缺陷面积。

18、进一步地，所述边缘节点坐标的计算公式为：

19、

20、式中，i＝1…n,n为正整数，表示边缘节点的总数量；ax为x方向上的线性加速度；ay为y方向上的线性加速度；t表示线性加速度的获取时刻；(x0、y0)的初始值为(0,0)；(xi、yi)表示当前目标路径的边缘节点坐标，(xi-1、yi-1)表示上一相邻目标路径中与当前边缘节点坐标(xi、yi)相邻的边缘节点坐标。

21、进一步地，所述缺陷面积的计算公式为：

22、s＝0.5*|(x1y2+x2y3+...xn-1yn+xny1)-(y1x2+y2x3+...+yn-1xn+ynx1)|；

23、式中s表示缺陷面积。

24、进一步地，所述缺陷区域体积的计算公式为：

25、v＝0.5*[(s1+s2)*(h1-h2)+(s2+s3)*(h2-h3)+...

26、+(sn-1+sn)*(hn-1-hn)]；

27、式中，hi表示第i个树木横截面的海拔，其中i＝1…n，n表示被测树木横截面的总数量；si表示第i个树木横截面的缺陷面积；si与si+1表示两个相邻树木横截面的缺陷面积。

28、进一步地，所述尺身上设有导轨，所述第二扶手的一端可滑动的设置在所述导轨上，且在所述尺身上设有限位卡，所述第二扶手位于所述第一扶手与所述限位卡之间。

29、进一步地，所述立木测量设备还包括触控屏，所述触控屏与所述第一超宽带测量模块以及第二超宽带测量模块电连接。

30、进一步地，所述第二扶手内还设置有：

31、电源模块，用于向第一超宽带测量模块、第二超宽带测量模块、容栅传感器、姿态传感器、电子海拔计、时钟模块与主控模块提供电能。

32、与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

33、(1)本发明中通过立木测量设备采用平面测量法依次对多个预设高度下的树木横截面进行测量，得到各树木横截面对应的数据集合；所述数据集合中包括：不同测量路径(即每一次测量)对应的测量数据；所述测量数据包括卡尺间距、第一夹角、尺身所处平面的海拔、超宽带信号的通信时间、x方向与y方向上的线性加速度；通过数据集合获取对应树木横截面中的缺陷面积；通过各树木横截面对应的缺陷面积与相邻树木横截面之间的间隔长度获缺陷区域的体积；即本发明通过立木测量设备对树木横截面进行全方位的测量，得到不同测量路径的测量数据，实现了缺陷面积的准确获取，进而提高了缺陷区域体积的检测精度；

34、(2)本发明通过立木测量设备对树木横截面的上下左右半圆进行全覆盖式的测量，形成数据网(即数据集合)，提高了目标路径的获取精度，进而细化了边缘节点，提高了缺陷面积的计算精度；

35、(3)通过本发明中的立木测量设备并利用本发明提出的树木内部缺陷测量方法，实现了树木内部缺陷的快速、精确与无损检测。

技术特征：

1.一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，应用于立木测量设备；所述立木测量设备包括：

2.根据权利要求1所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，所述平面测量法包括：通过立木测量设备对树木横截面的上半圆与下半圆水平测量多次，并对树木横截面的左半圆与右半圆垂直测量多次，得到该树木横截面对应的数据集合。

4.根据权利要求3所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，通过数据集合获取对应树木横截面中的缺陷面积，具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，所述边缘节点坐标的计算公式为：

6.根据权利要求5所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，所述缺陷面积的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，所述缺陷区域体积的计算公式为：

8.根据权利要求1所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，所述尺身上设有导轨，所述第二扶手的一端可滑动的设置在所述导轨上，且在所述尺身上设有限位卡，所述第二扶手位于所述第一扶手与所述限位卡之间。

9.根据权利要求8所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，所述立木测量设备还包括触控屏，所述触控屏与所述第一超宽带测量模块以及第二超宽带测量模块电连接。

10.根据权利要求9所述的一种树木内部缺陷测量方法，其特征在于，所述第二扶手内还设置有：

技术总结
本发明公开了一种树木内部缺陷测量方法，其通过立木测量设备采用平面测量法依次对多个预设高度下的树木横截面进行测量，得到各树木横截面对应的数据集合；所述数据集合中包括：不同测量路径对应的测量数据；所述测量数据包括卡尺间距、第一夹角、尺身所处平面的海拔、超宽带信号的通信时间、X方向与Y方向上的线性加速度；通过数据集合获取对应树木横截面中的缺陷面积；通过各树木横截面对应的缺陷面积与相邻树木横截面之间的间隔长度获缺陷区域的体积；即本发明通过立木测量设备对树木横截面进行全方位的测量，得到不同测量路径的测量数据，实现了缺陷面积的准确获取，进而提高了缺陷区域体积的检测精度。

技术研发人员：孙林豪,季景勇,孙海平,方陆明,赵科杰,李超文,任俊俊,邵亚奎
受保护的技术使用者：浙江农林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23