CN106596854A - 一种树木检测方法 - Google Patents

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Abstract

本专利具体公开了一种树木检测方法，包括声表面波装置、激光测距传感器和微处理器，所述检测方法如下，（1‑1）声波对树干内部进行检测，得到反射声波信号一；（1‑2）声表面波装置将检测到应力波输入到微处理器内，得到信号二；（1‑3）微处理器利用信噪比计算公式计算输出信噪比；（1‑4）随机共振系统模型的输出信噪比曲线，得到信噪比曲线的信噪比谷值；（1‑5）沿树干的圆周方向移动声表面波谐振器的两个电极；（1‑6）逐渐将声表面波谐振器的两个电极由起始端至终止端移动，重复进行检测；（1‑7）微处理器建立树干及树干中被虫挖过的孔洞的三维模型。本发明具有能够精确检测的孔洞的位置，进而确定害虫的位置，具有检测快速、经济性好的特点。

Description

一种树木检测方法
技术领域
本发明属于树木移栽装置入树木的移栽、挖出、采伐或打枝的领域，尤其涉及一种树木检测方法。
背景技术
树木病虫害防治方法主要有树干涂白法、农药埋施法、树干涂胶法、树干疗伤法和注药法。其中，注药法是在树干周围钻孔注药，使全树体都具有农药的有效成分，不论害虫在树干什么部位进食，都会中毒死亡。此法操作简便，省工和防治效果好。但是，通常的注药法不能获得害虫所处的具体位置，为了杀死害虫需要注入较大剂量的药物，但是药量大会对树木的生长造成一定影响。
如果选择错误的位置注入杀虫剂，既会给树木造成损伤，同时未遭虫蛀的部位由于杀虫剂的诱导容易产生病变，不但不能及时有效的消灭害虫，反而损伤了树木。
中国专利（公开号为CN102706963A）公开了一种古树及古建筑木结构内部腐朽应力波无损探测装置，该装置包括多个传感器、传感器固定装置、力锤、微损型针式连接器、数据处理系统和木材内部腐朽断层成像软件，所述传感器、所述数据处理系统与安装有所述成像软件的计算机通过若干根导线连接。该发明由于在树木表面的进行检测，而且即使有微损型针式连接器插入树木表面，也只是用于检测树木的腐朽，对树木内部的害虫无法达到检测的效果，而且无法检测害虫的位置以及害虫的种类。
发明内容
本发明的目的在于提供一种树木检测方法，以解决无法准确确定害虫所处的位置以及害虫的种类的技术问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种树木检测方法，包括如下步骤，
（1-1）预先在微处理器中设定随机共振系统模型，启动声表面波装置和激光测距传感器，声表面波装置（8）发射的声波对树干内部进行检测，得到反射声波信号一；
（1-2）脉冲锤敲击树干外周面，树干内部产生应力波，声表面波装置将检测到应力波输入到微处理器内，得到信号二；
（1-3）微处理器利用信噪比计算公式计算输出信噪比；
（1-4）随机共振系统模型的输出信噪比曲线，得到信噪比曲线的信噪比谷值；
（1-5）沿树干的圆周方向移动声表面波谐振器的两个电极，两个电极固定在大树外周面；
（1-6）逐渐将声表面波谐振器的两个电极由起始端至终止端移动，重复进行检测；
（1-7）根据树干的外周面的点的坐标、电极与大树末端之间的距离值，微处理器建立树干及树干中被虫挖过的孔洞的三维模型。
说明：大树末端是指大树主树干的根部。
本基础方案的原理和有益效果在于：随机共振技术目前已在检测数据特征值提取领域崭露头角。该理论是由意大利物理学家Benzi于1981年提出的，用以解释地球远古气象冰川期与暖气候期周期交替出现的现象。随机共振具有三要素：非线性系统、弱信号和噪声源。从信号处理角度考虑，随机共振是在非线性信号传输过程中，通过调节噪声的强度或者系统其它参数，使系统输出达到最佳值，实际上也可以认为是输入信号、非线性系统、噪声的协同状态。
一般情况下，双稳态模型中输入外力可以认为是理想电子鼻系统的信号，噪声是检测过程中引入的信道噪声，而双稳态系统的输入(信号加噪声)作为电子鼻系统实际的检测信号。在激励噪声的激励下，系统产生随机共振，此时输出信号大于输入信号，因而起到了信号放大的作用。同时，随机共振将部分检测信号中的噪声能量转换到信号中去，因而有效的抑制了检测信号中的噪声量。因此，随机共振系统相当于提高了提高输出信号信噪比的作用，信号、激励噪声和双稳态系统可以看做是一个高效信号处理器。在以上技术基础之上，随机共振系统输出信噪比分析技术可以较好的反应被测样品的本质特征信号。
随机共振输出信噪比特征信号反映的是被测样品的本质信号，该特征信号不随检测方法或者重复次数的限制而改变，只与样品的性质有关，有利于样品性质的标定，提高检测精度。
而声表面波探测技术可以精准定位孔洞的位置，二者结合可以同时实现树干中孔洞大小和位置的准确判断，这对于判断大树内部虫蛀情况或者针对树木找准部位对症下药具有重要意义，可以及时挽救被虫蛀的活体树木，降低经济损失。
进一步，步骤（1-1）的声表面波装置包括计数器、振荡器和声表面波谐振器，所述声表面波谐振器电连接所述振荡器，所述振荡器电连接所述计数器，所述计数器电连接所述微处理器。振荡器和声表面波谐振器构成振荡回路，计数器与振荡回路中的振荡器电连接，计数器用于计算反射声波信号，再传入到微处理器中，保持信息的正确传输和计算。
进一步，步骤（1-3）微处理器（12）计算输出信噪比之前，微处理器（12）计算信号一和信号二的平均信号，得到平均波信号。为了精确的计算输出信噪比。
进一步，在平均波信号中，提取一个完整频率信号，将所述频率信号输入随机共振系统模型中，使随机共振系统模型发生共振。随机共振系统模型内的信号跟随频率信号变化，进而提高检测精度。
进一步，步骤（1-4）将信噪比谷值的绝对值作为信噪比特征值F。信噪比特征值F是用于判断树洞的位置。
进一步，步骤（1-5）的电极的固定位置分别为树干的外周面。为了更精确的确认虫蛀的位置。
附图说明
图1是本发明树木检测方法实施例的结构示意图；
图2是本发明树木检测方法实施例的框架图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：上部树干1、第一进水盒2、第二进水盒3、第一挡板4、滴液口5、输液管6、第二挡板7、声表面波装置8、中部树干9、激光测距传感器10、下部树干11、微处理器12。
本实施例如图1所示，一种树木检测方法，包括声表面波装置8和激光测距传感器10，激光测距传感器10和声表面波装置8上分别设有用于与微处理器12电连接的数据接口，声表面波装置8和激光测距传感器10分布在中部树干9的下端，且通过导线连接下部树干11上的微处理器12，在下部树干11上设置有一个小孔，将微处理器12放置在小孔内，且声表面波装置8、激光测距传感器10、微处理器12和导线使用塑料包裹。在中部树干9上部的外侧设置有输液管6，输液管6为活动管，输液管6上设置有滴液口5，滴液口5插入中部树干9外的树皮上，滴液口5为可拆卸，输液管6两侧设置有第一进水盒2和第二进水盒3，第一进水盒2和第二进水盒3分别与输液管6相连通，在第一进水盒2和第二进水盒3的开口设置为V型，在输液管6的下方设置有第一挡板4和第二挡板7，第一挡板4和第二挡板7相平行，第一挡板4和第二挡板7固定在树干的外侧。
声表面波装置8包括计数器、振荡器和声表面波谐振器；振荡器和声表面波谐振器构成振荡回路，计数器与振荡回路中的振荡器电连接，计数器上设有用于与微处理器12电连接的数据接口，声表面波谐振器通过导线与两个电极电连接，激光测距传感器10设于一个电极与导线的连接处。
预先在微处理器12中设定随机共振系统模型，该随机共振系统模型为现有的随机共振系统模型，采用的是dx/dt=-3dV(x)/dx+AI(t)+12Dξ(t)，其中，V(x)为非线性对称势函数，ξ(t)为高斯白噪声，A是输入信号强度，D是噪声强度，t是布朗运 动粒子运动时间，x是粒子运动的坐标。
声表面波装置8安装在中部树干9与下部树干11之间，并对树干内部进行检测，得到信号I(t)，将频率信号I(t)输入随机共振系统模型中，使随机共振系统模型发生共振；随机共振系统模型的输出信噪比曲线，得到信噪比曲线的信噪比谷值。
对该树干内部重复检测120次，得到120个信噪比谷值的绝对值，将信噪比谷值的绝对值取平均，并同时测量该树干的孔洞的尺寸及检测位置的树干直径尺寸，从而得到与AI之间的对应关系。
如图2所示的检测方法包括如下步骤：
步骤100，选取中部树干9的顶部为测量起始端，上部树干1为测量终止端；启动声表面波装置8和激光测距传感器10分别设置在下部树干11的两侧；声波对树干内部进行检测，得到反射声波信号一；
步骤200，将脉冲锤敲击下部树干11外周面，树干内部产生应力波，声表面波装置8将检测到应力波输入到微处理器12内，得到信号二，微处理器12计算信号一和信号二的平均信号，得到平均波信号；
步骤300，在平均波信号中，提取一个完整频率信号I(t)，将0至100ms内的所述频率信号I(t)输入随机共振系统模型中，使随机共振系统模型发生共振；微处理器12利用信噪比计算公式计算输出信噪比；
步骤400，随机共振系统模型的输出信噪比曲线，得到信噪比曲线的信噪比谷值，并将信噪比谷值的绝对值作为信噪比特征值F；
步骤500，当微处理器12做出大树的树干中的孔洞为AI所对应的的取值范围的判断；
步骤600，当测量位置距离终止端＞1厘米时，将脉冲锤从树干的外周面上取下，将脉冲锤逐渐向终止端移动；声表面波装置8对树干内部进行检测，得到反射波信号一；
将脉冲锤沿下部树干11的外周面顺时针旋转90度并固定；脉冲锤敲击下部树干11外周面，树干内部产生应力波，声表面波装置8将检测到应力波输入到微处理器12内，得到信号二，微处理器12计算信号一和信号二的平均信号，得到平均波信号，返回步骤300，进而得到信噪比，该信噪比大于信噪比特征值F时，判断该位置有孔洞；该信噪比小雨信噪比特征值F时，判断该位置没有孔洞；
步骤700，测量孔洞的壁厚：
步骤701，声表面波谐振器的两个电极固定到起始端的树干的外周面上，两个电极沿树干的圆周方向相距2毫米；
步骤702，沿树干的圆周方向移动声表面波谐振器的两个电极，两个电极固定在大树外周面，电极的固定位置分别为树干外周面右侧、左 侧、前侧和后侧；
步骤703，将激光测距传感器10检测的电极与终止端之间的距离值存储在微处理器12中；
步骤704，逐渐将声表面波谐振器的两个电极由起始端至终止端移动，重复步骤702进行检测；
步骤705，预先对树干的外周面进行测量，得到树干的外周面上的点的坐标，根据树干的外 周面的点的坐标、电极与大树末端之间的距离值，微处理器12建立树干及树干中被虫挖过的孔洞的三维模型。
事先在第一进水盒2和第二进水盒3内分别增加药剂和水，根据此三维模型，采用人工的方式先将输液管6移动到制定的位置，将输液管6上的输液口再次插入树皮，水与药剂的混合物从滴液口5流出，流入到孔洞内，针对性的杀死害虫。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种树木检测方法，其特征在于，包括如下步骤，
（1-1）预先在微处理器（12）中设定随机共振系统模型，启动声表面波装置（8）和激光测距传感器（10），声表面波装置（8）发射的声波对树干内部进行检测，得到反射声波信号一；
（1-2）脉冲锤敲击树干外周面，树干内部产生应力波，声表面波装置（8）检测到应力波输入到微处理器（12）内，得到信号二；
（1-3）微处理器（12）利用信噪比计算公式计算输出信噪比；
（1-4）随机共振系统模型的输出信噪比曲线，得到信噪比曲线的信噪比谷值；
（1-5）沿树干的圆周方向移动声表面波谐振器的两个电极，两个电极固定在大树外周面；
（1-6）逐渐将声表面波谐振器的两个电极由检测位置的起始端至终止端移动，重复进行检测；
（1-7）根据树干的外周面的点的坐标、电极与大树末端之间的距离值，微处理器（12）建立树干及树干中被虫挖过的孔洞的三维模型。
2.如权利要求1所述的树木检测方法，其特征在于，步骤（1-1）的声表面波装置（8）包括计数器、振荡器和声表面波谐振器，所述振荡器电连接所述计数器，所述计数器电连接所述微处理器。
3.如权利要求1所述的树木检测方法，其特征在于，步骤（1-3）微处理器（12）计算输出信噪比之前，微处理器（12）计算信号一和信号二的平均信号，得到平均波信号。
4.如权利要求3所述的树木检测方法，其特征在于，在平均波信号中，提取一个完整频率信号，将所述频率信号输入随机共振系统模型中，使随机共振系统模型发生共振。
5.如权利要求1所述的树木检测方法，其特征在于，步骤（1-4）将信噪比谷值的绝对值作为信噪比特征值F。
6.如权利要求1所述的树木检测方法，其特征在于，步骤（1-5）的电极的固定位置分别为树干的外周面。
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