CN110595341A - 一种基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法 - Google Patents

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卢德宝
孙煜昂
丁钰童
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness

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Abstract

本发明公开了一种基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，要解决的是现有获取树木边材宽度时存在的问题。本发明具体步骤如下：步骤一，制定视电阻率采集测定方案，采集树干的视电阻率数据；步骤二，对采集到的视电阻率数据进行反演成像计算，得到树干截面的电阻率数据并且生成电阻率成像图；步骤三，从树干截面的电阻率数据中提取沿树干直径方向的电阻率值，建立电阻率‑距离关系图；步骤四，对电阻率‑距离关系图进行曲线拟合，得到光滑的电阻率随距离的变化曲线；步骤五，对电阻率随距离的变化曲线取自然对数，可获得电阻率变化的转折点，记录该转折点对应的距离。本方法测定简单，计算方便，不会对树木造成破坏，结果可靠，可行性高。

Description

一种基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法
技术领域
本发明涉及生态水文领域，具体是一种基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法。
背景技术
树液流量测量技术已成功应用于生态水文学研究，其可用于估算流域蒸腾作用，对于 流域水文模拟具有重要价值。树木的边材面积(As)是用于估算点液流测量的蒸腾的最重 要的树参数之一。准确有效地确定As以及As与其他树参数(例如，直径)之间的关系是树液流数据的关键。边材面积通常通过测量树干直径，树皮厚度和边材宽度来确定。 其中的边材宽度一般可以通过木芯分析或直接从砍伐树木的横截面确定。虽然这些方法是准确的，但是当需要对流域内大量树木进行采样时，这种方法是不现实的。
电阻率层析成像(ERT)是一种非破坏性的地球物理方法，可检测木材组织中的水分 或电解质浓度差异，从而识别边材宽度，此方法对于树木的损害微小，但是目前尚未有这 方面的应用。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，以解决 上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，具体步骤如下：
步骤一，制定视电阻率采集测定方案，采集树干的视电阻率数据；
步骤二，对采集到的视电阻率数据进行反演成像计算，得到树干截面的电阻率数据并 且生成电阻率成像图；
步骤三，从树干截面的电阻率数据中提取沿树干直径方向的电阻率值，建立电阻率- 距离关系图；
步骤四，对电阻率-距离关系图进行曲线拟合，得到光滑的电阻率随距离的变化曲线；
步骤五，对电阻率随距离的变化曲线取自然对数，可获得电阻率变化的转折点，记录 该转折点对应的距离，即可得到树木的边材宽度。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤一中制定视电阻率采集测定方案包括电极绕树 干一周并处于同一水平面，电极的数量和间距根据树干的直径调整，建立坐标系，确定电 极坐标。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤一中采用高密度电阻率仪采集树干的视电阻率 数据。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤二中反演成像的扰动方程为s为感度矩阵，d为观测数据，ρ为 模型的电阻率，G为正演算子，Rdd与Rmm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ0为初始电阻率模型，Δρk为第k此迭代后的模拟电阻率。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤四中曲线拟合的方法为对数拟合，可以得到光 滑的对数曲线。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤一中树干的直径为去除干燥树皮厚度的树干直 径，数据准确性更高。
作为本发明实施例进一步的方案：步骤一中高密度电阻率仪的型号为骄鹏E60DN，市 场易购得，故障率低，测量准确性好。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：
本发明的方法测定简单，计算方便，不会对树木造成破坏，结果可靠，可行性高。
附图说明
图1为基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法中树干的结构示意图。
图2为基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法中实施例2的电阻率变化的折线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，具体步骤如下：
步骤1，针对待树木域建立合理的二维高密度电阻率测量布极方式，电极需绕树干一 周，并处于同一水平面，电极的数量与间距根据树干的直径进行灵活调整，建立坐标体系， 确定电极坐标，再使用高密度电阻率仪获得树干截面对应位置的视电阻率分布；
步骤2，根据全局牛顿-高斯方程来建立最小化目标方程可以得到电阻率反演的扰动方 程(1)：
公式(1)中s为感度矩阵，d为观测数据，ρ为模型的电阻率，G为正演算子， Rdd与Rmm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ0为初始电阻率模型，Δρk为 第k此迭代后的模拟电阻率。根据此模型迭代计算后即可得到树干截面对应坐标位置 的真实电阻率分布；
步骤3，于反演计算得到的电阻率数据中，提取沿树干直径方向的坐标对应的电阻率值，建立该方向的电阻率与坐标的关系散点图；
步骤4，对上一步得到的散点图，进行曲线拟合，拟合方法一般采用对数拟合， 拟合后可得到光滑的对数曲线。
步骤5，对上一步得到的光滑曲线取自然对数，从而得到电阻率变化的折线图， 记录电阻率折线转折点的坐标，依据步骤1建立的坐标体系，即可计算出树干边材的 宽度。
实施例2
选取浙江省丽水市瓯江流域中一块森林中的桉树进行，测量之前，去除了躯干表面的 所有干燥树皮，并在确定边材面积和树木直径之间的关系时考虑了干燥树皮的厚度。然后 将导电电极插入树干中，直至与边材牢固接触。电极均匀分布在同一水平高度(1.3米) 的树干处。测点数12个，每个相距0.03m,使用骄鹏E60DN进行视电阻率测定，测量采 用二级装置，可通过改变测量电极的距离来获得不同位置的视电阻率值。依据公式(1) 对测得二维视电阻率数据进行迭代反演计算。根据电阻率数据反演结果可以得到每个测点 位置真实电阻率值ρ。并于反演计算得到的电阻率数据中，提取沿树干直径方向的坐标对 应的电阻率值，建立该方向的电阻率与坐标的关系散点图，采用对数拟合，拟合后可得到 光滑的对数曲线，对得到的光滑的对数曲线取自然对数，从而得到电阻率变化的折线图， 记录电阻率折线转折点的坐标，计算出树干边材的宽度为0.062米。通过传统取样测定得 到树干的边材宽度为0.068米,两者相差0.9％，结果可靠，发明方案可行性高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不 应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含 一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将 说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，制定视电阻率采集测定方案，采集树干的视电阻率数据；
步骤二，对采集到的视电阻率数据进行反演成像计算，得到树干截面的电阻率数据并且生成电阻率成像图；
步骤三，从树干截面的电阻率数据中提取沿树干直径方向的电阻率值，建立电阻率-距离关系图；
步骤四，对电阻率-距离关系图进行曲线拟合，得到光滑的电阻率随距离的变化曲线；
步骤五，对电阻率随距离的变化曲线取自然对数，可获得电阻率变化的转折点，记录该转折点对应的距离，即可得到树木的边材宽度。
2.根据权利要求1所述的基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，其特征在于，所述步骤一中制定视电阻率采集测定方案包括电极绕树干一周并处于同一水平面，电极的数量和间距根据树干的直径调整，建立坐标系，确定电极坐标。
3.根据权利要求1所述的基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，其特征在于，所述步骤一中采用高密度电阻率仪采集树干的视电阻率数据。
4.根据权利要求1所述的基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，其特征在于，所述步骤二中反演成像的扰动方程为s为感度矩阵，d为观测数据，ρ为模型的电阻率，G为正演算子，Rdd与Rmm分别表示观测数据与模拟数据的协方差矩阵，ρ0为初始电阻率模型，Δρk为第k此迭代后的模拟电阻率。
5.根据权利要求1或4所述的基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，其特征在于，所述步骤四中曲线拟合的方法为对数拟合。
6.根据权利要求2所述的基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，其特征在于，所述步骤一中树干的直径为去除干燥树皮厚度的树干直径。
7.根据权利要求3所述的基于电阻率法的获取树木边材宽度的方法，其特征在于，所述步骤一中高密度电阻率仪的型号为骄鹏E60DN。
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