CN111595892A - 结合理化指标与图像识别树皮抗热辐射性能参数测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结合理化指标与图像识别树皮抗热辐射性能参数测定方法，具体包括采集多种不同种类树皮作为样本，对各树种的多个生物生态学特征进行打分，建立生物生态学特征评价模型，计算得出不同树皮的生物生态学特征评分值；对各树种的多个理化特征指标进行打分，建立理化特征指标评价模型，计算得出不同树皮的理化指标值；对多种不同种类树皮进行树皮热辐射试验测定；对多种不同种类树皮进行树皮燃烧图像分析；基于指数模型、线性模型、多项式回归模型中的参数建立树皮抗热辐射性能参数计算公式。本发明基于图像识别技术并综合多种因素对树皮抗热辐射性能的影响，能够更准确地反映树皮的抗热辐射性能。

Description

结合理化指标与图像识别树皮抗热辐射性能参数测定方法

本申请为申请号201810508777.7、申请日2018年05月24日、发明名称“一种结合图像识别的树皮抗热辐射性能综合测定方法”的分案申请。

技术领域

本发明属于林业安全领域，尤其涉及一种结合理化指标与图像识别树皮抗热辐射性能参数测定方法。

背景技术

随着全社会对生态环境建设的高度重视，保护森林资源已经成为林业工作的重要任务，森林防火尤为关键。依靠树木自身的抗火能力降低森林火灾的燃烧和蔓延，由人为被动防火变为主动防火，是生物防火主要内容之一。树种抗火性是筛选防火树种的重要依据之一，对营建防火林带具有重要意义。林火蔓延过程中，干基首先受到损伤，树皮作为树干的重要保护，对树皮损伤程度的科学评价，可作为树种抗火性能强弱的解释。树皮作为树种抗火性的评价依据，基于对树皮抗热辐射性能的综合测定能够有效评价树种抗火性以满足生物防火的需要。

现有技术中，国内外针对树种生物生态学、理化性质和树皮抗火性做了多方面的研究，包括对树种生物生态学的研究，对树皮含水率、厚度、灰分含量等理化性质研究，热分析技术应用研究，热辐射实验研究。然而，上述方法均是从传统角度对树皮的抗热辐射性能进行研究，且评价角度单一，导致评价结果准确度不高。

目前，图像识别方法广泛应用于各领域，图像识别方法基于其研究精度较细，通过对图像的识别能够更准确地反映出物体的当前状态，为解决现有技术的上述缺陷，本发明基于图像识别技术提出了一种综合多种影响因素对树皮抗热辐射性能的较全面准确的衡量方法。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出了一种结合树种生物生态学调查、理化指标测定、树皮热辐射试验测定及树皮燃烧图像分析的综合评价方法，以用于综合评价园林树种的树皮抗热辐射性能。

本发明所提出的一种结合图像识别的树皮抗热辐射性能参数测定方法具体包括以下步骤：

S01：采集多种不同种类树皮作为样本，记录样本特征，同时对每种树皮进行备份存储；

S02：对各树种的多个生物生态学特征进行打分，建立生物生态学特征评价模型，基于所述生物生态学特征评价模型计算得出不同树皮的生物生态学特征评分值；

S03：对各树种的多个理化特征指标进行打分，建立理化特征指标评价模型，基于所述理化特征指标评价模型计算得出不同树皮的理化指标值；

S04：对所述多种不同种类树皮进行树皮热辐射试验测定，所述树皮热辐射试验包括以下子步骤：

S041：将树皮恢复至室温状态，裁剪单位大小的树皮作为燃烧样本，记录树皮的初始温度及初始质量；

S042：对树皮进行燃烧直至树皮烧穿，在树皮燃烧过程中每隔单位时间t记录树皮内表面温度和树皮质量，得到树皮内表面温度采样集P＝{p₁、p₂、……、p_n}，树皮质量采样集Q＝{q₁、q₂、……、q_n}，n为采样总次数；

S043：定义初始时间为t₀，计算相邻时间点树皮内表面温度变化量，定义相邻变化量差值的绝对值第一次小于第一阈值的时间点为t_A，定义相邻变化量差值的绝对值第一次大于第二阈值的时间点为t_B，其中t_B大于t_A；

S044：对t₀-t_A时间段的树皮内表面温度采样集{p₁、p₂、……、p_tA}建立指数模型，Y₁＝K₁e^aX，其中K₁、a为常数，e为欧拉数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y₁为内表面温度；对t₀-t_B时间段树皮质量采样集{q₁、q₂、……、q_tB}建立线性模型，Y₂＝K₂X+b，其中：斜率K₂、截距b均为常数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y₂为树皮质量；

S045：对每种树皮进行所述树皮热辐射试验测定，记录每种树皮的K₁、K₂值；

S05：对所述多种不同种类树皮进行树皮燃烧图像分析，所述树皮燃烧图像分析包括以下子步骤：

S051：将树皮恢复至室温状态，裁剪单位大小的树皮作为燃烧样本，拍摄树皮初始状态图像，对所述树皮初始状态图像进行图像灰度提取，得到当前图像灰度值g₁；

S052：对树皮进行燃烧直至树皮烧穿，在树皮燃烧过程中每隔单位时间t拍摄树皮当前状态图像，提取所述树皮当前状态图像的灰度值，得到树皮燃烧灰度值采样集G＝{g₁、g₂、……、g_m}，m为采样总次数；

S053：对采样集G＝{g₁、g₂、……、g_m}建立多项式回归模型，Y₃＝K₃X²+K₄*X+K₅，其中K₃、K₄、K₅为常数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y3为树皮燃烧灰度值；

S06：基于所述指数模型、所述线性模型、所述多项式回归模型中的参数建立树皮抗热辐射性能参数计算公式，S_n＝w₂*K_2n－w₁*K_1n－w₃*K_3n，其中w₁、w₂、w₃为正的加权权重值，S_n为当前第n种树皮的抗热辐射性能参数，K_1n、K_2n、K_3n为当前第n种树皮的所述指数模型、所述线性模型、所述多项式回归模型中K₁、K₂、K₃系数值。

进一步地，所述基于所述生物生态学特征评价模型计算得出不同树皮的生物生态学特征评分值包括：对所述多个生物生态学特征的打分值进行加权累加，得到所述不同树皮的生物生态学特征评分值。

进一步地，所述基于所述理化特征指标评价模型计算得出不同树皮的理化指标值包括：对所述多个理化特征指标进行因子分析，得到所述不同树皮的理化指标值。

进一步地，所述多个理化特征指标包括相同大小树皮的厚度、绝干含水率、粗脂肪、灰分、燃点及热值。

进一步地，所述多个生物生态学特征包括落叶性状、树冠特性、凋落物易燃性、凋落物大小与结构、荫孽能力、凋落物分解速度、幼年生长速度、根系情况、耐旱性、喜肥性。

进一步地，所述单位时间t为20s。

本发明基于提出的结合树种生物生态学调查、理化指标测定、树皮热辐射试验测定及树皮燃烧图像分析的综合评价方法，以用于综合评价园林树种的树皮抗热辐射性能，现有系统中多采用单一且传统的评价方法对树皮抗热辐射性能进行评价，评价结果与树皮实际的抗火性能不匹配，本发明结合图像识别技术并综合多种因素对树皮抗热辐射性能的影响，基于树皮热辐射实验测定中建立的指数模型、线性模型及树皮燃烧图像分析中建立的多项式模型，得到综合评价树皮抗热辐射性能的计算公式，能够更准确地反映树皮的抗热辐射性能。

附图说明

图1是本发明提出的树皮抗热辐射性能参数测定方法流程图；

图2是本发明进行树皮热辐射试验测定的方法流程图；

图3是本发明进行树皮燃烧图像分析的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

如图1所示的本发明提出的树皮抗热辐射性能参数测定方法流程图，具体包括：

S01：采集多种不同种类树皮作为样本，记录样本特征，同时对每种树皮进行备份存储；

S02：对各树种的多个生物生态学特征进行打分，建立生物生态学特征评价模型，基于所述生物生态学特征评价模型计算得出不同树皮的生物生态学特征评分值；

S03：对各树种的多个理化特征指标进行打分，建立理化特征指标评价模型，基于所述理化特征指标评价模型计算得出不同树皮的理化指标值；

S04：对所述多种不同种类树皮进行树皮热辐射试验测定；

S05：对所述多种不同种类树皮进行树皮燃烧图像分析；

S06：基于所述指数模型、所述线性模型、所述多项式回归模型中的参数建立树皮抗热辐射性能参数计算公式，S_n＝w₂*K_2n－w₁*K_1n－w₃*K_3n，其中w₁、w₂、w₃为正的加权权重值，S_n为当前第n种树皮的抗热辐射性能参数，K_1n、K_2n、K_3n为当前第n种树皮的所述指数模型、所述线性模型、所述多项式回归模型中K₁、K₂、K₃系数值。

如图2所示，步骤S04中的树皮热辐射试验具体包括以下子步骤：S041：将树皮恢复至室温状态，裁剪单位大小的树皮作为燃烧样本，记录树皮的初始温度及初始质量，优选地，上述单位大小的树皮为长宽各为1cm的树皮样本；

S042：对树皮进行燃烧直至树皮烧穿，在树皮燃烧过程中每隔单位时间t记录树皮内表面温度和树皮质量，得到树皮内表面温度采样集P＝{p₁、p₂、……、p_n}，树皮质量采样集Q＝{q₁、q₂、……、q_n}，n为采样总次数；

S043：定义初始时间为t₀，计算相邻时间点树皮内表面温度变化量，定义相邻变化量差值的绝对值第一次小于第一阈值的时间点为t_A，定义相邻变化量差值的绝对值第一次大于第二阈值的时间点为t_B，其中t_B大于t_A；

S044：对t₀-t_A时间段的树皮内表面温度采样集{p₁、p₂、……、p_tA}建立指数模型，Y₁＝K₁e^aX，其中K₁、a为常数，e为欧拉数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y₁为内表面温度；对t₀-t_B时间段树皮质量采样集{q₁、q₂、……、q_tB}建立线性模型，Y₂＝K₂X+b，其中：斜率K₂、截距b均为常数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y₂为树皮质量；具体地，K₁值越大，内表面温度随时间的增加升高幅度越大，K₂值越小，相同时间内质量减少的幅度越大。

S045：对每种树皮进行所述树皮热辐射试验测定，记录每种树皮的K₁、K₂值。

如图3所示，步骤S05中的树皮燃烧图像分析具体包括以下子步骤：S051：将树皮恢复至室温状态，裁剪单位大小的树皮作为燃烧样本，拍摄树皮初始状态图像，对所述树皮初始状态图像进行图像灰度提取，得到当前图像灰度值g1；

S052：对树皮进行燃烧直至树皮烧穿，在树皮燃烧过程中每隔单位时间t拍摄树皮当前状态图像，提取所述树皮当前状态图像的灰度值，得到树皮燃烧灰度值采样集G＝{g₁、g₂、……、g_m}，m为采样总次数；

S053：对采样集G＝{g₁、g₂、……、g_m}建立多项式回归模型，Y₃＝K₃X²+K₄*X+K₅，其中K₃、K₄、K₅为常数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y₃为树皮燃烧灰度值。

本发明一具体实施方式中，所述基于所述生物生态学特征评价模型计算得出不同树皮的生物生态学特征评分值包括：对所述多个生物生态学特征的打分值进行加权累加，得到所述不同树皮的生物生态学特征评分值。

本发明一具体实施方式中，所述基于所述理化特征指标评价模型计算得出不同树皮的理化指标值包括：对所述多个理化特征指标进行因子分析，得到所述不同树皮的理化指标值。

本发明一具体实施方式中，所述多个理化特征指标包括相同大小树皮的厚度、绝干含水率、粗脂肪、灰分、燃点及热值。

本发明一具体实施方式中，所述多个生物生态学特征包括落叶性状、树冠特性、凋落物易燃性、凋落物大小与结构、荫孽能力、凋落物分解速度、幼年生长速度、根系情况、耐旱性、喜肥性。

本发明一具体实施方式中，所述单位时间t为20s。

上述各实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.结合理化指标与图像识别树皮抗热辐射性能参数测定方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：S01：采集多种不同种类树皮作为样本，记录样本特征，同时对每种树皮进行备份存储；S02：对各树种的多个生物生态学特征进行打分，建立生物生态学特征评价模型，基于所述生物生态学特征评价模型计算得出不同树皮的生物生态学特征评分值；S03：对各树种的多个理化特征指标进行打分，建立理化特征指标评价模型，基于所述理化特征指标评价模型计算得出不同树皮的理化指标值；S04：对所述多种不同种类树皮进行树皮外表面的树皮热辐射试验测定，所述树皮热辐射试验包括以下子步骤：S041：将树皮恢复至室温状态，裁剪单位大小的树皮作为燃烧样本，记录树皮的初始温度及初始质量；S042：对树皮进行燃烧直至树皮烧穿，在树皮燃烧过程中每隔单位时间t记录树皮内表面温度和树皮质量，得到树皮内表面温度采样集P＝{p₁、p₂、……、p_n}，树皮质量采样集Q＝{q₁、q₂、……、q_n}，n为采样总次数；S043：定义初始时间为t₀，计算相邻时间点树皮内表面温度变化量，定义相邻变化量差值的绝对值第一次小于第一阈值的时间点为t_A，定义相邻变化量差值的绝对值第一次大于第二阈值的时间点为t_B，其中t_B大于t_A；S044：对t₀-t_A时间段的树皮内表面温度采样集{p₁、p₂、……、p_tA}建立指数模型，Y₁＝K₁e^aX，其中K₁、a为常数，e为欧拉数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y₁为内表面温度；对t₀-t_B时间段树皮质量采样集{q₁、q₂、……、q_tB}建立线性模型，Y₂＝K₂X+b，其中：斜率K₂、截距b均为常数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y₂为树皮质量；S045：对每种树皮进行所述树皮热辐射试验测定，记录每种树皮的K₁、K₂值；S05：对所述多种不同种类树皮进行树皮内表面的树皮燃烧图像分析，所述树皮燃烧图像分析包括以下子步骤：S051：将树皮恢复至室温状态，裁剪单位大小的树皮作为燃烧样本，拍摄树皮初始状态图像，对所述树皮初始状态图像进行图像灰度提取，得到当前图像灰度值g₁；S052：对树皮进行燃烧直至树皮烧穿，在树皮燃烧过程中每隔单位时间t拍摄树皮当前状态图像，提取所述树皮当前状态图像的灰度值，得到树皮燃烧灰度值采样集G＝{g₁、g₂、……、g_m}，m为采样总次数；S053：对采样集G＝{g₁、g₂、……、g_m}建立多项式回归模型，Y₃＝K₃X²+K₄*X+K₅，其中K₃、K₄、K₅为常数，时间变量X以单位时间t为一个单位，Y₃为树皮燃烧灰度值；S06：基于所述指数模型、所述线性模型、所述多项式回归模型中的参数建立树皮抗热辐射性能参数计算公式，S_n＝w₂*K_2n－w₁*K_1n－w₃*K_3n，其中w₁、w₂、w₃为正的加权权重值，S_n为当前第n种树皮的抗热辐射性能参数，K_1n、K_2n、K_3n为当前第n种树皮的所述指数模型、所述线性模型、所述多项式回归模型中K₁、K₂、K₃系数值；

所述基于所述理化特征指标评价模型计算得出不同树皮的理化指标值包括：对所述多个理化特征指标进行因子分析，得到所述不同树皮的理化指标值；

所述多个理化特征指标包括相同大小树皮的厚度、绝干含水率、燃点及热值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述生物生态学特征评价模型计算得出不同树皮的生物生态学特征评分值包括：对所述多个生物生态学特征的打分值进行加权累加，得到所述不同树皮的生物生态学特征评分值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个生物生态学特征包括落叶性状、树冠特性、凋落物易燃性、凋落物大小与结构、凋落物分解速度、幼年生长速度、根系情况、耐旱性、喜肥性。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单位时间t为20s。

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