本发明专利技术涉及一种精确获取活立木边材面积的无损检测装置和方法，包括：检测架，检测架包括内圈，内圈，外圈上设置水平直导轨，水平直导轨上设有滑块，滑块上设有激光测量设施；外圈上在相差180度的位置相对设置两个拉杆，两个拉杆能够沿穿过内圈中心的径向线前后移动，拉杆上设置超声波收发器。本发明专利技术利用测量架使激光测量设施和超声波测量设施在测量过程中有机的结合在一起，并使用数据处理和图像处理的方式将测量的数据处理为三维立体图像，即能够精确获得数据，又能够直观观察，为树木的生长和液流的计算提供了科学的依据。本发明专利技术是无损测量，不会对树木产生任何伤害，测量过程是环境友好的，不会对环境产生任何影响。不会对环境产生任何影响。不会对环境产生任何影响。
【技术实现步骤摘要】
一种精确获取活立木边材面积的无损检测装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种精确获取活立木边材面积的无损检测装置和方法，是一种检测仪器和使用该仪器的测量方法，是一种用于对尚在生命周期的活树木内部进行无损检测的仪器和测量方法。
技术介绍
[0002]树干的边材长度和边材面积是林分调查中十分重要的信息，这一数据，既能提供树干生长速率等相关信息，也是树干液流速率计算中必要的参数, 测量边材面积对林业研究树木生长规律具有重要的意义。此外，测量尚在生命周期的活树木的成材数量具有十分实用的经济意义，特别是一些贵重的树种，通过这一测量获取正在生长的树木内部能够成材的数量，获取最佳经济效益。林业研究中经常需要取样测量边材面积，即介于心材和树皮之间的部分。边材面积的测量计算方法需要知道被测树体的胸径和边材厚度，采集这两个重要参数的传统方式是先利用皮尺测量测量树木的胸径周长，并通过圆周长计算公式大致计算出树干的直径作为树木的胸径，再使用生长锥旋入树干中，根据被挖出的树木碎屑判断表皮达到心材之间边材的厚度，再通过圆环面积计算公式大致计算出边材面积。
[0003]传统的边材面积测量方法有如下缺点，往往难以获得理想的数据：（1）计算的边材面积不准确：使用生长锥获得边材长度，随后在计算边材面积时，要将活立木看作圆形，根据边材长度和胸径，计算圆环形的边材面积。但实际中，活立木受光照等因素影响，树干的横截面往往呈不规则椭圆形，边材面积也是不规则的环形，计算时将活立木假设为圆形所得到的边材面积精确性有待提高。
[0004]（2）伤害树木：传统的机械式生长锥需要钻取活立木的木质部，取出一部分木材，用肉眼来判断边材的长度，为了保证边材长度足够，通常需要钻取至树木的髓心，形成几厘米甚至三四十厘米的空洞，对树木造成严重的不可逆伤害，影响其生长发育。
[0005]（3）树木硬度较大时难以钻入：对于含水量低、硬度较大的树木，由于如国槐、刺槐等树种，手动旋转推进生长锥十分困难，很难钻取到理想的木材长度。
[0006]如何精确且毫无损害的测量在生长期中活的树木的边材面积是一个需要解决的问题。
技术实现思路
[0007]为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种精确获取活立木边材面积的无损检测装置和方法。所述的装置和方法针对上述使用传统生长锥获取边材面积的3个缺点，通过专用的检测架在被测树干不同的高度使用激光和超声波联合测量多组树木的胸径和边材长度，精确的计算出活立木的边材面积。
[0008]本专利技术的目的是这样实现的：一种精确获取活立木边材面积的无损检测装置，包括：能够围绕固定在树干上并能够适应不同树木胸径的检测架，所述检测架包括能够围绕并束紧在树干上的内圈，所述的内圈通过连接件与围绕内圈并与内圈保持间距的外圈连
接，所述的外圈上设置至少一条与外圈径向平行的水平直导轨，所述的水平直导轨上设有能够沿水平导轨移动的滑块，所述的滑块上设有激光测量设施；所述的外圈上在相差180度的位置相对设置两个拉杆，两个所述的拉杆能够沿穿过内圈中心的径向线前后移动，两个所述拉杆上相对设置超声波收发器，所述的超声波收发器与超声波探测设施连接，所述的超声波探测设施和激光测量设施与数据采集器连接，所述的数据采集器与数据处理、图像处理、人机界面依次连接。
[0009]进一步的，所述的内圈是由能够快速拆装的多段柔性非金属材料，或带有柔性内衬并能够快速拆装柔性连接的金属材料构成。
[0010]进一步的，所述的外圈是由能够刚性连接并能够方便拆装的多段金属或硬质非金属材料构成。
[0011]进一步的，所述的连接件与内、外圈之间或固定或通过快速拆装件连接。
[0012]进一步的，所述的外圈通过快速拆装件与水平导轨连接。
[0013]进一步的，所述的水平直导轨上设有带动滑块移动的电机以及同步齿形带或齿轮齿条传动设施。
[0014]进一步的，所述的滑块与激光测量设施之间通过云台连接。
[0015]进一步的，所述的拉杆与外圈之间通过能够滑动的快速拆装件连接，所述的拉杆上还设有刻度。
[0016]进一步的，所述的超声波收发器通过快速拆装件与所述的拉杆连接。
[0017]一种使用上述装置的精确获取活立木边材面积的无损检测方法，所述方法的步骤如下：步骤1，选定测量高度：确定被测树木胸径测量处为初次测量高度；步骤2，紧固内圈：挑选与被测树木胸径相适应的内圈散件，将处于拆散状态的内圈在选定高度围绕被测树干连接并收紧，使内圈围绕并固定在被测树干上；步骤3，安装外圈：挑选与内圈相适应的外圈散件以及相应的连接件，通过各个快速拆装件连接在一起，并通过连接件与固定在被测树干上的内圈连接固定，形成稳固的内外圈结构；步骤4，安装激光测量设施：通过快速拆装件安装水平直导轨，使水平直导轨处于被测树干胸径当量圆形切线平行线的位置；在所述的滑块上通过云台连接激光测量设施，将激光测量设施对准被测树干；步骤5，安装超声波收发器：在外圈上相差180度的位置使用快速拆装件分别安装两个拉杆，在拉杆靠近被测树干一端安装超声波收发器，并利用拉杆将超声波收发器顶在被测树干上，并使两个超声波收发器在一条直线上，形成能够相互收发超声波信号的状态；步骤6，树干外部测量：在外圈上围绕被测树干的多个位置，多次固定水平直导轨，用激光测量设施对树干外围进行至少两次扫描，得到被测树干外缘面的形状和尺寸；步骤7，树干内部测量：在外圈上围绕被测树干的多个位置，多次固定拉杆并始终维持两个相对的超声波收发器的相对位置，对被测树干进行超声波探测，获取被测树干内部边材与木质部的形状和尺寸；步骤8，更换测量高度：松开内圈，调整内圈在被测树干上的高度，重复步骤6、7，获取被测树干各个高度上的外缘面的形状和尺寸，以及被测树干内部边材与木质部的形状和
尺寸；步骤9，数据处理：将多次测量的被测树干内部和外部的数据进行拟合，形成被测树干不同高度的外缘包络线和边材与木质部的界线的包络线；步骤10，显示：通过计算机成像技术，将经过处理的被测树干数据拟合为三维立体形状的虚拟树干内、外部图像，在人机界面的显示屏上显示。
[0018]本专利技术的优点和有益效果是：本专利技术利用测量架使激光测量设施和超声波测量设施在测量过程中有机的结合在一起，并使用数据处理和图像处理的方式将测量的数据处理为三维立体图像，即能够精确获得数据，又能够直观观察，为树木的生长提供了科学的依据。本专利技术在测量是无损测量，不会对树木的生长产生任何伤害，测量过程是环境友好的，不会环境产生任何影响。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0020]图1是本专利技术实施例一所述装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例一所述装置的原理框图；图3是本专利技术实施例十所述方法的流程图；图4是激光测量树干直径的原理示意图；图5是超声波测量树干边材和心材的原理示意图。
具体实施方式
[0021]实施例一：本实施例是一种精确获取活立木边材面积的无损检测装置，如图1、2所示。本实施例包括：能够围绕本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种精确获取活立木边材面积的无损检测装置，其特征在于，包括：能够围绕固定在树干上并能够适应不同树木胸径的检测架，所述检测架包括能够围绕并束紧在树干上的内圈，所述的内圈通过连接件与围绕内圈并与内圈保持间距的外圈连接，所述的外圈上设置至少一条与外圈径向平行的水平直导轨，所述的水平直导轨上设有能够沿水平导轨移动的滑块，所述的滑块上设有激光测量设施；所述的外圈上在相差180度的位置相对设置两个拉杆，两个所述的拉杆能够沿穿过内圈中心的径向线前后移动，两个所述拉杆上相对设置超声波收发器，所述的超声波收发器与超声波探测设施连接，所述的超声波探测设施和激光测量设施与数据采集器连接，所述的数据采集器与数据处理、图像处理、人机界面依次连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的内圈是由能够快速拆装的多段柔性非金属材料，或带有柔性内衬并能够快速拆装柔性连接的金属材料构成。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的外圈是由能够刚性连接并能够方便拆装的多段金属或硬质非金属材料构成。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的连接件与内、外圈之间或固定或通过快速拆装件连接。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的外圈通过快速拆装件与水平导轨连接。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的水平直导轨上设有带动滑块移动的电机以及同步齿形带或齿轮齿条传动设施。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的滑块与激光测量设施之间通过云台连接。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的拉杆与外圈之间通过能够滑动的快速拆装件连接，所述的拉杆上还设有刻度。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的超声波收发器通过快速拆装件与所述的拉杆连接。10.一种使用权利要求9所述装置的精确获取活立木边材面积的无损检测方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟家齐，孙萌，赵勇，刘宽，张万清，汪勇，王庆明，肖伟华，李星，韩淑颖，曹继鹏，张鹏程，钤会冉，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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