CN112684158B - 一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法及装置，技术方案如下：1)建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库；2)获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及其树种信息，增列至无损检测信息数据库；3)采集待识别木构件的无损检测曲线，将该无损检测曲线与无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对并输出树种识别结果。本发明通过古建筑木构件现场无损检测曲线，快速获得古建筑木构件的树种信息，减少取样和后续树种识别的工作量；此外，通过现场无损检测曲线，在完成古建筑木构件所用树种的识别工作同时也完成了木构件内部残损的检测。

Description

一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法及装置

技术领域

本发明涉及一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法及装置，属于木材科学与技术领域。

背景技术

木材树种识别是古建筑木构件无损检测和安全评估中重要的内容，因树种不同，材料的物理力学性能不同，对其健康进行评价的取值基准也不同，若不明确其树种信息有可能产生一定的误判。此外，木材树种识别也是木结构古建筑维修与保护的基础性工作，通过树种识别能获取木材的名称及材质参数，从而为制定古建筑保护方案和更换木构件提供选材依据，同时树种识别结果也可作为档案信息或为科学研究服务。

目前木材树种识别需要经过取样、样品加工、切片、制片、显微观察以及特征检索等多个步骤，其严格的检测流程保证了树种识别的准确性。但对木结构古建筑来说，若对所有构件进行取样和识别既增加现场的工作量也增加了树种识别的工作量，同时部分木构件存在取样困难情况。为此，本发明提出了一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法，作为目前主流识别手段的辅助方法。通过文献查阅，部分学者提出了微型探针检测的曲线与木材的早晚材变化以及木材的密度相关，其大多数研究集中为预测木材强度，未见有相关的树种比对和识别工作报道。

所以如何提供一种能够在现场对古建筑木构件进行树种快速识别的方法成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法及装置，通过古建筑木构件现场的无损检测，实现古建筑木构件所用树种的快速识别，从而为对木构件的安全评估及修缮保护提供数据支持。

为了实现上述目的，本发明提供一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法，包括：

建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库。获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及所述部分木构件的树种信息，增列至无损检测信息数据库。采集待识别木构件的无损检测曲线，将该无损检测曲线与无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对并输出树种识别结果。其中，无损检测曲线是微型探针在电机驱动下以一定速率刺入木构件内部所获取的表征曲线及相关数据，曲线的高低及走势与其对应的树种的构造特征及物理力学性能相关。

作为上述技术方案的优选，较佳的，建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库包括：调查多处木结构古建筑木材树种配置信息，根据木材树种配置信息筛选部分木构件进行无损检测曲线的采集，获取不同树种的无损检测曲线。对无损检测曲线及树种构建映射关系，所述映射关系还包括建筑名称、木构件位置、木构件类型、木构件名称。若干所述映射关系的集合组成所述无损检测信息数据库。

作为上述技术方案的优选，较佳的，获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及所述部分木构件的树种信息，增列至无损检测信息数据库，包括：获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及所述部分木构件的树种信息。对部分木构件的无损检测曲线及其树种信息构建映射后，将此映射增列至所述无损检测信息数据库中。

作为上述技术方案的优选，较佳的，采集待识别木构件的无损检测曲线，将该无损检测曲线与无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对并输出树种识别结果，包括：将待识别木构件的无损检测曲线与无损检测信息数据库中的曲线进行比对，得到比对结果。比对结果为匹配度高于匹配阈值的曲线集合，匹配度最高的曲线所对应的树种即为树种识别结果。

作为上述技术方案的优选，较佳的，比对结果中若存在多条高于匹配阈值的曲线，则对这些曲线排序，排序优先级为：与待识别木构件为同一建筑木构件的曲线，与待识别木构件为不同建筑木构件的曲线。

为实现上述目的，本发明技术方案还提供一种古建筑木构件常用树种的现场识别装置，包括：无损检测信息数据库构建单元，用于建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库。无损检测信息数据库补充单元，用于获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及所述部分木构件的树种信息后构建映射，将此映射增列至所述无损检测信息数据库中。树种识别单元，包括一采集组件，用于采集识别木构件的无损检测曲线，之后，树种识别单元用于将该无损检测曲线与无损检测信息数据库构建单元构建的无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对并输出树种识别结果。其中，无损检测曲线是微型探针在电机驱动下以一定速率刺入木构件内部所获取的表征曲线及相关数据，曲线的高低及走势与其对应的树种的构造特征及物理力学性能相关。

作为上述技术方案的优选，较佳的，无损检测信息数据库构建单元包括：无损检测曲线获取组件，用于对根据木材树种配置信息所筛选的部分木构件进行无损检测曲线的采集，获取不同树种的无损检测曲线。映射构建组件，对无损检测曲线及树种构建映射关系，映射关系还包括建筑名称、木构件位置、木构件类型、木构件名称；若干映射关系的集合组成无损检测信息数据库。

作为上述技术方案的优选，较佳的，无损检测信息数据库补充单元，还包括：补充无损检测曲线获取组件，用于获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及其树种信息。补充映射构建组件，用于对补充无损检测曲线获取组件获取的部分木构件的无损检测曲线及其树种信息构建映射后，将此映射增列至无损检测信息数据库中。

作为上述技术方案的优选，较佳的，树种识别单元，还包括：比对组件，用于将采集组件采集的待识别木构件的无损检测曲线与无损检测信息数据库构建单元构建的无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对，得到比对结果；比对结果为匹配度高于匹配阈值的曲线集合，匹配度最高的曲线所对应的树种即为树种识别结果。

作为上述技术方案的优选，较佳的，比对组件还用于对比对结果进行排序，包括：若比对结果中存在多条高于匹配阈值的曲线，则对这些曲线排序，这些曲线的排序优先级为：与待识别木构件为同一建筑木构件的曲线，与待识别木构件为不同建筑木构件的曲线。

本发明的优点是：(1)利用现场无损检测曲线开展古建筑木构件树种识别，可保持文物现状；(2)现场快速获得古建筑木构件的树种信息，减少了取样和后续识别的工作量；(3)通过现场无损检测曲线判定木构件所用树种，在完成古建筑木构件所用树种的识别工作同时也完成了木构件内部残损的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法的流程示意图一。

图2为本发明提供的一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法的流程示意图二。

图3为本发明无损检测信息数据库中与待识别木构件为不同建筑已识别木柱(树种A)的检测曲线示意图。

图4为本发明与待识别木构件为同一建筑已识别木柱(树种A)的检测曲线示意图。

图5为本发明与待识别木构件为同一建筑已识别木柱(树种B)的检测曲线示意图。

图6为本发明待识别木柱一的检测曲线示意图。

图7为本发明待识别木柱二的检测曲线示意图。

图8为本发明提供的一种古建筑木构件常用树种的现场识别装置的结构示意图

图9为图8所示的无损检测信息数据库构建单元的结构示意图。

图10为图8所示的无损检测信息数据库补充单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的流程示意图，如图1所示：

步骤101、建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库。

具体的，调查多处木结构古建筑木材树种配置信息，根据木材树种配置信息筛选部分木构件进行无损检测曲线的采集，获取不同树种的无损检测曲线。之后，对获取的不同树种的无损检测曲线及相应树种构建映射关系，映射关系还包括建筑名称、木构件位置、木构件类型、木构件名称。构建的若干映射关系的集合组成无损检测信息数据库。其中，无损检测曲线是微型探针在电机驱动下以一定速率刺入木构件内部所获取的表征曲线及相关数据，表征曲线的高低及走势与其对应的树种的构造特征及物理力学性能相关。

步骤102、获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及其树种信息。

详细的，步骤102包括，获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及其树种信息。对所述部分木构件的无损检测曲线及其树种信息构建映射后，将此映射增列至无损检测信息数据库中。

步骤103、采集待识别木构件的无损检测曲线，将该无损检测曲线与所述无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对并输出树种识别结果。

具体包括：将待识别木构件的无损检测曲线与无损检测信息数据库中的曲线进行比对，得到比对结果。

比对结果为匹配度高于匹配阈值的曲线集合，此曲线集合中匹配度最高的曲线所对应的树种即为树种识别结果。比对结果中若存在多条高于匹配阈值的曲线，则对这些曲线排序，排序优先级为：与待识别木构件为同一建筑木构件的曲线，与待识别木构件为不同建筑木构件的曲线。

其中，若步骤102不存在，则直接将步骤103采集的待识别木构件的无损检测曲线与步骤101构建的无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对后得到比对结果。

现用一具体实施例描述本发明技术方案，在本实施例中，以北京市某一古建筑为例结合图2对本发明做进一步详细说明。设：北京地区木结构文物建筑单体10个分别Q1、Q2┉Q10，北京市古建筑木构件常用木材有树种A、树种B、树种C、树种D。树种A分布于多古建筑Q1、Q2、┉Q10的多个位置，树种B分布于古建筑Q1、Q2、┉Q10的多个位置，树种C分布于古建筑Q1、Q2、┉Q8的多个位置，树种D分布于古建筑Q1、Q2、┉Q7的多个位置。上述位置包括但不限于：西南角、东北角、东南角、西北角。待识别木构件所处的古建筑为Q11。

步骤201、获取多处木结构古建筑木材树种配置信息。

调查多处木结构古建筑中的木材树种配置信息，具体的，调查上述树种A、B、C、D在古建筑Q1、Q2┉Q10中的分布信息。

步骤202、筛选部分木构件并进行树种和位置等信息整理。

具体的，根据上述树种配置信息，筛选部分木构件作为无损检测曲线的采集对象。对于每一树种，筛选木构件的类型包括但不限于：柱、梁、檩、枋。

步骤203、采集指定木构件的无损检测曲线。

具体的，利用微型探针在电动机驱动下以一定速率刺入选定的木构件内部，并输出与构造特征及物理力学性能相关的无损检测曲线及相关数据。

如图3为建筑Q1已识别木柱(树种A)的无损检测曲线。检测曲线中横坐标代表微型探针刺入深度，纵坐标为检测值，该检测值与被检测对象的物理力学性能正相关。

步骤204、建立无损检测曲线的映射关系，构建无损检测信息数据库。

建立各无损检测曲线与树种之间的关联，并通过分析整理各无损检测曲线等信息构建无损检测信息数据库。具体，建立无损检测曲线-木材树种-建筑名称-木构件位置-木构件类型-木构件名称的映射关系，若干映射关系组成无损检测信息数据库。

在上述步骤中，每个树种对应每种木构件类型的检测数量至少10个，每个树种对应木结构建筑单体的数量至少5个。每条映射关系均包括检测曲线、对应的木材名称，检测对象的建筑名称、木构件位置、木构件类型及木构件名称。如图3信息包括图3内曲线、树种A、建筑Q1、西南角、柱、角柱。

步骤205、采集待识别木构件所处的建筑Q11中部分木构件的无损检测曲线。

具体的，对目标建筑Q11木构件按柱、梁、檩、枋选择性进行微型探针的检测并获取检测曲线，每种木构件类型筛选2个。

步骤206、获取待识别木构件所处的建筑Q11中部分木构件的树种信息。

对步骤205中的木构件进行取样和树种分析，经分析，建筑Q11所用木材有两种，分别为树种A和树种B。其对应的检测曲线，如附图4为建筑Q11已识别木柱(树种A)的检测曲线，附图5为建筑Q11已识别木柱(树种B)的检测曲线。

步骤207、将建筑Q11中部分木构件的无损检测曲线和树种等信息增列至无损检测信息数据库。

对步骤205中采集的无损检测曲线和步骤206中获取的树种等信息建立映射，增列至无损检测信息数据库。其中，步骤205-207可以省略。

步骤208、采集待识别木构件的无损检测曲线。

具体的，对待识别木构件采集无损检测曲线，进行待识别木构件的比对工作。以木柱为例：设目标建筑Q11共有16根木柱，其中已识别2根，剩下的14根木柱随机选择2根，使用微型探针采集待识别曲线，结果如图6和图7。

步骤209、将待识别木构件的无损检测曲线与无损检测信息数据库中各无损检测曲线进行比对并输出比对结果。

输出匹配度高于阈值的曲线集合，曲线集合中各曲线匹配度由高至低排列。其中，多条匹配度高于阈值的曲线按以下顺序排序：与待识别木构件为同一建筑中的木构件曲线，与待识别木构件为不同建筑的木构件曲线。

步骤210、曲线集合中匹配度最高的曲线所对应的树种为待识别木构件的树种。

将图6的检测曲线与包含了Q1、Q2┉Q11建筑构件的无损检测信息数据库的曲线进行比对，结果表明该曲线与无损检测信息库中树种A对应的检测曲线重合度最高，确定图6对应木柱识别结果为树种A。

步骤211、按照上述流程对另一待识别曲线进行比对，输出比对结果。

具体的，按上述比对流程，将图7的检测曲线进行比对，确定图7对应木柱识别结果也为树种A。

比对完成后，可对上述两根待识别木柱进行验证取样和常规树种识别，结果表明两根木柱的识别结果均为树种A。

本发明还提供一种古建筑木构件常用树种的现场识别装置，如图8所示，包括：

无损检测信息数据库构建单元81，用于建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库。

无损检测信息数据库补充单元82，用于获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及所述部分木构件的树种信息后构建映射，将此映射增列至无损检测信息数据库构建单元81中。

树种识别单元83，包括，采集组件831用于采集待识别木构件的无损检测曲线。树种识别单元83，还包括：比对组件832，用于将采集组件831采集的待识别木构件的无损检测曲线与所述无损检测信息数据库构建单元构建的所述无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对，得到比对结果；比对结果为匹配度高于匹配阈值的曲线集合，匹配度最高的曲线所对应的树种即为树种识别结果。

比对组件832还用于对比对结果进行排序，包括：若比对结果中存在多条高于匹配阈值的曲线，这些曲线的排序优先级为：与待识别木构件为同一建筑木构件的曲线，与待识别木构件为不同建筑木构件的曲线。

如图9所示，无损检测信息数据库构建单元81包括：

无损检测曲线获取组件811，用于对根据木材树种配置信息所筛选的部分木构件进行无损检测曲线的采集，获取不同树种的无损检测曲线。

映射构建组件812，用于对所述无损检测曲线及树种构建映射，映射还包括建筑名称、木构件位置、木构件类型、木构件名称；若干所述映射关系的集合组成所述无损检测信息数据库。

如图10所示，无损检测信息数据库补充单元82，包括：

补充无损检测曲线获取组件821，用于获取所述待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及其树种信息。

补充映射构建组件822，用于对所述补充无损检测曲线获取组件获取的所述部分木构件的无损检测曲线及其树种信息构建映射后，将此映射增列至无损检测信息数据库中。

本发明技术方案提供了一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法及装置，方法如下：1)建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库；2)获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及其树种信息，增列至无损检测信息数据库；3)采集待识别木构件的无损检测曲线，将该无损检测曲线与无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对并输出树种识别结果。

本发明的优点是：(1)利用现场无损检测曲线开展古建筑木构件树种识别，可保持文物现状；(2)现场快速获得古建筑木构件的树种信息，减少了取样和后续识别的工作量；(3)通过现场无损检测曲线判定木构件所用树种，在完成古建筑木构件所用树种的识别工作同时也完成了木构件内部残损的检测。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种古建筑木构件常用树种的现场识别方法，其特征在于：

建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库；

获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及所述部分木构件的树种信息，增列至无损检测信息数据库，包括,对所述部分木构件的无损检测曲线及其树种信息构建映射后，将此映射增列至所述无损检测信息数据库中；

采集待识别木构件的无损检测曲线，将该无损检测曲线与无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对并输出树种识别结果，包括将所述待识别木构件的无损检测曲线与无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对，得到比对结果；

所述比对结果为匹配度高于匹配阈值的曲线集合，匹配度最高的曲线所对应的树种即为树种识别结果，若所述比对结果中存在多条高于匹配阈值的曲线，则对这些曲线排序，排序优先级为：与待识别木构件为同一建筑木构件的曲线，与待识别木构件为不同建筑木构件的曲线；

其中，所述无损检测曲线是微型探针在电机驱动下以一定速率刺入木构件内部所获取的表征曲线及相关数据，所述表征曲线的高低及走势与其对应的树种的构造特征及物理力学性能相关。

2.一种古建筑木构件常用树种的现场识别装置，其特征在于：

无损检测信息数据库构建单元，用于建立木材无损检测曲线与古建筑木构件常用树种之间的映射关系，构建古建筑木构件常用树种的无损检测信息数据库；具体的，包括无损检测曲线获取组件和映射构建组件所述无损检测曲线获取组件，所述无损检测曲线获取组件用于对根据木材树种配置信息所筛选的部分木构件进行无损检测曲线的采集，获取不同树种的无损检测曲线；所述映射构建组件，用于对所述无损检测曲线及树种构建映射，映射还包括建筑名称、木构件位置、木构件类型、木构件名称；若干所述映射关系的集合组成所述无损检测信息数据库；

无损检测信息数据库补充单元，用于获取待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及所述部分木构件的树种信息后构建映射，将此映射增列至所述无损检测信息数据库中；具体的，包括补充无损检测曲线获取组件和补充映射构建组件，所述补充无损检测曲线获取组件，用于获取所述待识别木构件所处的建筑中部分木构件的无损检测曲线及其树种信息；所述补充映射构建组件，用于对所述补充无损检测曲线获取组件获取的所述部分木构件的无损检测曲线及其树种信息构建映射后，将此映射增列至所述无损检测信息数据库中；

树种识别单元，包括一采集组件，用于采集待识别木构件的无损检测曲线，之后，所述树种识别单元用于将该无损检测曲线与所述无损检测信息数据库构建单元构建的所述无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对并输出树种识别结果；比对组件，用于将所述采集组件采集的待识别木构件的无损检测曲线与所述无损检测信息数据库构建单元构建的所述无损检测信息数据库中的各无损检测曲线进行比对，得到比对结果；所述比对结果为匹配度高于匹配阈值的曲线集合，匹配度最高的曲线所对应的树种即为树种识别结果；进一步的，所述比对组件还用于对比对结果进行排序，包括：若所述比对结果中存在多条高于匹配阈值的曲线，则对这些曲线排序，这些曲线的排序优先级为：与待识别木构件为同一建筑木构件的曲线，与待识别木构件为不同建筑木构件的曲线；

其中，所述无损检测曲线是微型探针在电机驱动下以一定速率刺入木构件内部所获取的表征曲线及相关数据，所述曲线的高低及走势与其对应的树种的构造特征及物理力学性能相关。

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