CN115047075A - 一种树木检测方法、装置及树木检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树木检测方法、装置及树木检测设备，属于树木保护技术领域，首先将树木检测设备中的N个贴片式超声波模块均匀环绕贴合在待测树木的四周，获取N个贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度，并构成贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V，由于当树木内部存在缺陷时，超声波的传播速度会受到影响，因此可以根据贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V生成待测树木的内部缺陷图像，可见通过这种方式，可以较为精准的测量树木的内部情况，且贴片式超声波模块的成本较低，同时也不会对树木本身造成损害。

Description

一种树木检测方法、装置及树木检测设备

技术领域

本发明涉及树木保护技术领域，特别是涉及一种树木检测方法、装置及树木检测设备。

背景技术

木材作为四大基础材料之一，在人们日常生活中有着广泛的用途，有着很高的经济价值，同时树木作为文化载体，也具有观赏价值和文化价值，其中名贵的树木更是具有特殊的历史纪念意义或科研价值，因此对木材的缺陷率的检测就显得十分必要，缺陷率指的就是木材内部出现缺损的程度，通过对木材缺陷率的检测就可以了解该木材的即时状态。

现有技术中常见的检测树木内部缺陷的方法有电磁法、核子法及力学法。其中，电磁法是根据电磁波在通过不同介电常数的介质时，会产生不同振幅的反射波的原理，利用检测到的反射波的振幅的差异来检测得到树木内部的缺陷，但是这种检测方法所需的设备较为昂贵，检测成本较高，不适合广泛应用；核子法有多种方式检测木材内部缺陷，其中一种方式是利用中子扫描成像来测量树木的密度变化，具有检测精度高的优点，但同样其检测设备昂贵，且携带十分不方便，不利于广泛的应用；力学法是通过在木材上进行钻孔，根据不同密度的木材在钻孔时会产生不同阻力的原理，通过比较阻力来获得木材内部的情况，但这种方法的测量精度不高且会对树木本身造成损害。

发明内容

本发明的目的是提供一种树木检测方法、装置及树木检测设备，可以在不损害树木本身的情况下，较为精准的测量树木的内部情况，且成本较低。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种树木检测方法，应用于树木检测设备中的处理器，所述树木检测装置还包括N个贴片式超声波模块，N个所述贴片式超声波模块均匀环绕贴合在待测树木的四周，用于发射和接受超声波，N为不小于2的整数，所述树木检测方法包括：

获取N个所述贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度v_i,j，v_i,j表示第i个所述贴片式超声波模块与第j个所述贴片式超声波模块之间的超声波传播速度，i和j均为不大于N的正整数；

根据所有的v_i,j得到所述贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V；

根据所述传播速度矩阵V获取所述待测树木的内部缺陷图像。

优选的，获取N个所述贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度v_i,j根据所有的v_i,j得到所述贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V，包括：

获取所述待测树木的周长γ；

根据所述周长γ计算得到第i个所述贴片式超声波模块到第j个所述贴片式超声波模块的直线距离d_i,j；

根据所有的d_i,j构成所述贴片式超声波模块之间的距离矩阵D；

每隔预设时间控制第i个所述贴片式超声波模块发射超声波并记录第j个所述贴片式超声波模块接受到超声波的时间t_i,j，构成所述贴片式超声波模块之间的传播时间矩阵T；

根据所述d_i,j和所述t_i,j计算得到第i个所述贴片式超声波模块与第j个所述贴片式超声波模块之间的超声波传播速度v_i,j，根据所有的v_i,j构成所述贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V。

优选的，构成所述贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V之后，还包括：

获取N个所述贴片式超声波模块各自所在位置的时间误差o_i，o_i表示第i个所述贴片式超声波模块所在位置的时间误差，并构成时间误差矩阵O；

根据所述时间误差矩阵O对所述传播速度矩阵V进行消除时间误差处理，得到消除时间误差后的传播速度矩阵V’；

根据所述传播速度矩阵V获取所述待测树木的内部缺陷图像，包括：

根据所述消除时间误差后的传播速度矩阵V’获取所述待测树木的内部缺陷图像。

优选的，获取N个所述贴片式超声波模块各自的时间误差o_i，o_i表示第i个所述贴片式超声波模块处的时间误差，并构成时间误差矩阵O，包括：

获取相邻所述贴片式超声波模块的N个所述v_i,j；

将上述所述v_i,j对应的所述d_i,j和所述t_i,j确定为健康超声波数据；

将所有所述健康超声波数据代入超声波切向速度关系式组成超线性方程组，使用最小二乘法求解所述超线性方程以获取时间误差矩阵O；

所述超声波切向速度关系式为:

其中，d_i，j为第i个所述贴片式超声波模块与第j个所述贴片式超声波模块之间的距离；d_r,s为第r个所述贴片式超声波模块与第s个所述贴片式超声波模块之间的距离；

其中，θ_i,j为第i个所述贴片式超声波模块与所述第j个所述贴片式超声波模块之间的切向弧度，k为速度偏置系数；

其中，θ_r,s为第r个所述贴片式超声波模块与所述第s个所述贴片式超声波模块之间的切向弧度，r、s均不大于N，k为速度偏置系数；o_i为第i个所述贴片式超声波模块处的时间误差；o_j为第j个所述贴片式超声波模块处的时间误差；o_r为第r个所述贴片式超声波模块处的时间误差；o_s为第s个所述贴片式超声波模块处的时间误差。

优选的，获取相邻所述贴片式超声波模块的N个所述v_i,j之后，还包括：

将所述传播速度矩阵V中各v_i,j从大到小排序，获取前N个v_i,j。

优选的，根据所述传播速度矩阵V’获取所述待测树木的内部缺陷图像之后，还包括：

根据所述内部缺陷图像确定所述待测树木的缺陷率；

获取所述待测树木的位置信息；

将所述待测树木的位置信息及缺陷率上传至网络地图系统，并在地图中对应位置标记显示所述待测树木的缺陷率。

优选的，将所述待测树木的位置信息及缺陷率上传至网络地图系统，并在地图中对应位置标记显示所述待测树木的缺陷率之后，还包括：

实时检测所述待测树木的缺陷率的是否低于阈值，若是，则在所述地图中将所述缺陷率低于阈值的所述待测树木进行标记。

优选的，根据所述传播速度矩阵V获取所述待测树木的内部缺陷图像，包括：

将所述待测树木横截面分为预设数量的网格；

根据所述传播速度矩阵V中的各个v_i,j的对应的两个所述贴片式超声波模块所在直线离树木髓心的距离及速度大小在所述待测树木横截面中为其确定一个影响范围区域，v_i,j的速度与影响范围区域呈负相关；

将各个v_i,j的影响范围区域对应的网格赋值为v_i,j的速度大小值，当存在所述网格被多个v_i,j确定的影响区域覆盖时时，将所述网格赋值为多个v_i,j的平均值；

将赋值低于预设值的所述网格设定为缺陷网格，生成所述待测树木的内部缺陷图像。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种树木检测装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序和校准系数；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述所述树木检测方法的步骤。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种树木检测设备，其特征在于，包括N个贴片式超声波模块，还包括如上述所述的树木检测装置。

本发明提供了一种树木检测方法、装置及树木检测设备，应用于树木检测设备中的处理器，将N个贴片式超声波模块均匀环绕贴合在待测树木的四周，获取N个贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度，并构成贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V，由于当树木内部存在缺陷时，超声波的传播速度会受到影响，因此可以根据贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V生成待测树木的内部缺陷图像，可见通过这种方式，可以较为精准的测量树木的内部情况，且贴片式超声波模块的成本较低，同时也不会对树木本身造成损害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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树木检测方法的流程图；

图2为本发明提供的一种超声波速度分布示意图；

图3为本发明提供的一种树木检测装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种树木检测方法、装置及树木检测设备，可以在不损害树木本身的情况下，较为精准的测量树木的内部情况，且成本较低。

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、完整地描述，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。

请参照图1，图1为本发明提供的一种树木检测方法的流程图，应用于树木检测设备中的处理器，树木检测装置还包括N个贴片式超声波模块，N个贴片式超声波模块均匀环绕贴合在待测树木的四周，用于发射和接受超声波，N为不小于2的整数，树木检测方法包括：

S11：获取N个贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度v_i,j，v_i,j表示第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块之间的超声波传播速度，i和j均为不大于N的正整数；

S12：根据所有的v_i,j得到贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V；

S13：根据传播速度矩阵V获取待测树木的内部缺陷图像。

考虑到现有技术中，大部分对树木内部情况的检测方法存在着检测仪器成本较高、不易携带、部署困难的问题，有些检测方法还会对树木本身造成损坏，因此需要一种成本较低、便于携带与广泛使用、精度较高且不会损害树木的树木检测方法。

为解决该问题，本实施例中，是基于超声波来完成对树木的无损检测，具体的，在树木四周贴合环绕设置了N个贴片式超声波模块，每个贴片式超声波模块都可以发射和接收超声波，当树木内部存在缺陷时，超声波在树木内部传播时遇到缺陷时会发生衍射现象，从而导致传播时间的增加，受树木内部的缺陷大小和超声波传播角度的影响，传播时间的增加量也会受到影响，所以本方案获取N个贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度v_i,j，并根据所有的v_i,j得到贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V，这里的v_i,j表示第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块之间的超声波传播速度，包括从v_1，1到v_N，N之间所有的超声波传播速度，传播速度矩阵V的定义如下：

然后根据贴片式超声波模块两两之间的传播角度以及对应的超声波传播速度即可以获取待测树木内部的缺陷图像。

此外，通常情况下树木检测设备中会设置6个或8个或10个或12个贴片式超声波模块，贴片式超声波模块的数量越多，树木检测的结果越准确，本申请对贴片式超声波模块的数量不做特别限定，可根据实际情况进行设定。

此外，在一具体的实施例中，超声波模块的型号为AJ-SR04K，精度为10μs，采用的超声波探头的型号是JS1640F2-W，工作频率为40kHz。

综上，本发明提供了一种树木检测方法，应用于树木检测设备中的处理器，将N个贴片式超声波模块均匀环绕贴合在待测树木的四周，获取N个贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度，并构成贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V，由于当树木内部存在缺陷时，超声波的传播速度会受到影响，因此可以根据贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V生成待测树木的内部缺陷图像，可见通过这种方式，可以较为精准的测量树木的内部情况，且贴片式超声波模块的成本较低，同时也不会对树木本身造成损害。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，获取N个贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度v_i,j根据所有的v_i,j得到贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V，包括：

获取待测树木的周长γ；

根据周长γ计算得到第i个贴片式超声波模块到第j个贴片式超声波模块的直线距离d_i,j；

根据所有的d_i,j构成贴片式超声波模块之间的距离矩阵D；

每隔预设时间控制第i个贴片式超声波模块发射超声波并记录第j个贴片式超声波模块接受到超声波的时间t_i,j，构成贴片式超声波模块之间的传播时间矩阵T；

根据d_i,j和t_i,j计算得到第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块之间的超声波传播速度v_i,j，根据所有的v_i,j构成贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V。

本实施例中，考虑到可以根据贴片式超声波模块两两之间的距离及超声波传播时间来计算得到贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度，因此先获取待测树木的周长γ，由于各个贴片式超声波模块是均匀贴合分布在待测树木周围，因此可以根据距离公式计算得到任意两个贴片式超声波模块之间的距离，具体的，距离公式为

d_i,j表示第i个贴片式超声波模块到第j个贴片式超声波模块的直线距离，并根据所有的d_i,j得到距离矩阵D，距离矩阵D的定义如下：

然后利用采集子系统，获取贴片式超声波模块两两之间传播超声波所需的时间t_i,j，具体的，考虑到多个贴片式超声波模块同时采集数据可能会产生较大的数据噪声，因此本方案每隔预设时间控制一个贴片式超声波模块发射超声波，另一个贴片式超声波模块接收该超声波并记录间隔时间，直到所有贴片式超声波模块两两之间的超声波传播时间数据都记录完毕，将所有的t_i,j构成传播时间矩阵T，传播时间矩阵T的定义如下：

根据距离矩阵D和传播时间矩阵T即可得到传播速度矩阵V，具体的，传播速度矩阵V的定义如下：

作为一种优选的实施例，构成贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V之后，还包括：

获取N个贴片式超声波模块各自所在位置的时间误差o_i，o_i表示第i个贴片式超声波模块所在位置的时间误差，并构成时间误差矩阵O；

根据时间误差矩阵O对传播速度矩阵V进行消除时间误差处理，得到消除时间误差后的传播速度矩阵V’；

根据传播速度矩阵V获取待测树木的内部缺陷图像，包括：

根据消除时间误差后的传播速度矩阵V’获取待测树木的内部缺陷图像。

本实施例中，由于方案为了不对树木本身造成损坏，将现有技术中常用的侵入式传感器用贴片式超声波模块代替，但是由于树木的树皮、油漆、树皮表面的裂缝等原因，导致贴片式超声波模块与待测树木之间不能紧密贴合，因此会产生额外的数据噪声，导致超声波的传播时间的增加，降低了缺陷检测精度的下降，因此在实际使用过程中，还应该消除由于贴片式超声波模块与树皮不能紧密贴合而导致的时间误差，从而提升待测树木内部情况检测的精度，具体的，获取各个贴片式超声波模块所处位置的时间误差o_i，在计算两个贴片式超声波模块之间的超声波传播速度时，将采集到的两个贴片式超声波模块之间的超声波传播时间减去两个超声波模块各自的时间误差后即可得到消除时间误差后的超声波传播速度，从而获得消除时间误差后的传播速度矩阵V’，再根据消除时间误差后的传播速度矩阵V’获取待测树木的内部缺陷图像，提高了内部缺陷图像的精准度。

作为一种优选的实施例，获取N个贴片式超声波模块各自的时间误差o_i，o_i表示第i个贴片式超声波模块处的时间误差，并构成时间误差矩阵O，包括：

获取相邻贴片式超声波模块的N个v_i,j；

将上述v_i,j对应的d_i,j和t_i,j确定为健康超声波数据；

将所有健康超声波数据代入超声波切向速度关系式组成超线性方程组，使用最小二乘法求解超线性方程以获取时间误差矩阵O；

超声波切向速度关系式为:

其中，d_i,j为第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块之间的距离；d_r,s为第r个贴片式超声波模块与第s个贴片式超声波模块之间的距离；

其中，θ_i,j为第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块之间的切向弧度，k为速度偏置系数；

其中，θ_r,s为第r个贴片式超声波模块与第s个贴片式超声波模块之间的切向弧度，r、s均不大于N，k为速度偏置系数；o_i为第i个贴片式超声波模块处的时间误差；o_j为第j个贴片式超声波模块处的时间误差；o_r为第r个贴片式超声波模块处的时间误差；o_s为第s个贴片式超声波模块处的时间误差。

本实施例中，随着切向角度的变化，由树皮引起的干扰保持在一个比较小的范围内，因此我们假设每个贴片式超声波模块由于没有紧密贴合树木所引起的时间误差是固定的，根据切向速度径向速度关系式V_T≈V_R(1-kθ²)可知，当树木内部没有缺陷时，切向速度V_T与径向速度V_R应该满足上述关系式，其中k为速度偏置系数，k由树木本身的特性决定，可以通过实验测量得到，由于本实施例中选取的都是健康超声波数据，即没有受到树木内部缺陷影响的超声波数据，所以这些超声波数据应该只受到由于没有紧密贴合树皮而造成的时间误差的影响，因此在消除时间误差后，新的超声波的传播速度应该满足上述关系式，由此可得超声波切向速度关系式：

其中，o_i、o_j、o_r、o_s分别为第i个、第j个、第r个、第s个贴片式超声波模块所处位置的时间误差，将该关系式进行化简后可得:d_{r, s}c_i,jo_i+d_r,sc_i,jo_j-d_i,jc_r,so_r-d_i,jc_r,so_s＝d_r,sc_i,jt_i,j-d_i,jc_r,st_r,s，

其中k为上述的树木特性系数，θ_i,j为第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块之间的切向弧度，将确定的健康超声波数据代入上述化简后的关系式，得到多组关系式，组成超线性方程：

用最小二乘法对超线性方程求解，即可得到各贴片式超声波模块所处位置的时间误差。其中a通过d和c叠加计算产生。

具体的，可以使用基于最小二乘法的时间校正算法对超线性方程求解，基于最小二乘法的时间校正算法具体为：

输入C，T，L，γ，n，ι，其中，C为健康切向路径的超声波速度与径向路径速度之比；

输出T，D；

1)初始化A＝0_ι×n，B＝0_ι×1，D＝0_n×n，S＝0_l×(n+1)，e＝l_1,1，f＝l_1,2，其中，e和l用于计算系数矩阵，由于公式

需要每两条路径做计算，为方便计算，这里固定第一条超声波路径，其中e和f是第一条超声波路径的下标号；

2)for i＝1 to n do

3)for j＝1 to n do

4)

5)for i＝1 to ι do

6)g＝l_i,1；

7)h＝l_i,2；

8)a_i,e＝a_i,e+d_g,hc_e,f；

9)a_i,f＝a_i,f+d_g,hc_e,f；

10)a_i,g＝a_i,g-d_e,fc_g,h；

11)a_i,h＝a_i,h-d_e,fc_g,h；

12)b_i＝d_g,hc_e,ft_e,f-d_e,fc_g,ht_g,h；

13)for i＝1 to ι do；

14)forj＝1 to n do；

15)s_i,j＝a_i,j；

16)s_i,13＝b_i；

17)用最小二乘法求解超线性方程组S，并将结果存储在矩阵O中；

18)fori＝1 to n do；

19)forj＝1 to n do；

20)t_i,j＝t_i,j-o_i-o_j；

21)返回矩阵T和矩阵D；

其中，健康切向路径的超声波速度与径向路径速度之比矩阵A和B的生成过程在第5-12行描述，它被循环了ι次。第13-16行循环了ιn次，第17行的复杂度为O(ι2n)。第18-20行被循环了n2次。因此，上述的复杂度是O(ι2n)。

作为一种优选的实施例，获取相邻贴片式超声波模块的N个v_i,j之后，还包括：

将传播速度矩阵V中各v_i,j从大到小排序，获取前N个v_i,j。

本实施例中，为了提高时间误差的精准度，需要增加健康数据的数量，因此除了将相邻贴片式超声波模块之间的数据确定为健康数据，考虑到当超声波传播受到缺陷影响时，超声波传播速度会变慢，因此，理论上，传播速度矩阵中最快的超声波传播速度数据应该不受缺陷影响，所以本方案还将传播速度矩阵V中各v_i,j从大到小排序，将前N个v_i,j也确定为健康数据，从而增加健康数据的数据量，进一步增加了时间误差的精确度。

作为一种优选的实施例，根据传播速度矩阵V’获取待测树木的内部缺陷图像之后，还包括：

根据内部缺陷图像确定待测树木的缺陷率；

获取待测树木的位置信息；

将待测树木的位置信息及缺陷率上传至网络地图系统，并在地图中对应位置标记显示待测树木的缺陷率。

本实施例中，在获取待测树木的内部缺陷图像后，会将结果上传到以网站的形式实现的子系统，根据内部缺陷图像即可以得到待测树木的缺陷率，作为一具体的实施例，这里的网络地图系统可以是基于Spring和Vue框架，以百度地图为基础，在地图上实时显示待测树木的缺陷率。

此外，也可以在地图上用不同的图标来表示不同缺陷率的树木，使得用户可以更加直观的观察各树木的缺陷情况。

作为一种优选的实施例，将待测树木的位置信息及缺陷率上传至网络地图系统，并在地图中对应位置标记显示待测树木的缺陷率之后，还包括：

实时检测待测树木的缺陷率的是否低于阈值，若是，则在地图中将缺陷率低于阈值的待测树木进行标记。

本实施例中，考虑到对树木进行缺陷检测的目的是为了了解树木内部情况已便于对存在缺陷的树木采取保护措施，因此本方案在地图系统上标记待测树木的缺陷率后还会实时检测树木的缺陷率是否低于阈值，当低于一定阈值时，会在地图中将缺陷率低于阈值的树木进行标记，以方便采取后续的保护措施。

作为一种优选的实施例，根据传播速度矩阵V获取待测树木的内部缺陷图像，包括：

将待测树木横截面分为预设数量的网格；

根据传播速度矩阵V中的各个v_i,j的对应的两个贴片式超声波模块所在直线离树木髓心的距离及速度大小在待测树木横截面中为其确定一个影响范围区域，v_i,j的速度与影响范围区域呈负相关；

将各个v_i,j的影响范围区域对应的网格赋值为v_i,j的速度大小值，当存在网格被多个v_i,j确定的影响区域覆盖时时，将网格赋值为多个v_i,j的平均值；

将赋值低于预设值的网格设定为缺陷网格，生成待测树木的内部缺陷图像。

本实施例中，为了得到待测树木内部的缺陷图像，会先将树木的横截面进行网格化，分成预设数量的网格，然后根据每个v_i,j的速度值为其确定一个影响范围，请参照图2，图2为本发明提供的一种超声波速度分布示意图，在每两个贴片式超声波模块之间根据这两个贴片式超声波模块之间的超声波传播速度确定一个影响范围，如图2所示，该影响范围靠近髓心的一侧范围较大，远离髓心的一侧范围较小，具体的，在确定v_i,j的影响范围时，由公式w+σ(δ-v)+ξα确定影响范围的宽度，其中w取树木直径的八分之一，

δ为速度矩阵V中的最大值，

为速度矩阵V中的最小值，考虑到靠近髓心的部分比远离髓心的部分影响范围大，因此还添加了ξα，其中ξ是控制系数，α是远离或靠近髓心的布尔值，当靠近髓心时，α取1，远离髓心时，α取-1，例如当第k个网格处于第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块所确定的影响范围的靠近髓心一侧时，此时α取1，然后再判断第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块之间的直线距离第k个网格的长度是否小于等于w+σ(δ-v)+ξα，若是，则判定第k个网格被第i个贴片式超声波模块与第j个贴片式超声波模块所确定的影响范围影响，所以将第k个网格赋值为v_i,j的速度大小值，同理，当第k个网格被多个v_i,j确定的影响范围影响时，将第k个网格赋值为多个v_i,j的速度值的平均值，用这种方法完成对所有网格的赋值后，将赋值低于预设值的网格设定为缺陷网格，最后对网格进行卷积转置处理，以提高得到的缺陷图像的精度。

输入：T，D，U，n，m，w，σ，δ，ξ，其中，U为n*n*m维矩阵，U的元素ui,j,k是第k个单元被第i个传感器和第j个传感器所形成的直线所截取的长度；

输出：X；其中，X表示木材内部热力图的灰度图，值越大代表越健康；

1)初始化X＝0_m×1；

2)δ为矩阵V中的最大值；

3)for k＝1 to m do；

4)创建空列表Y；

5)for i＝1 to n do；

6)for j＝1 to n do；

7)

8)

9)

10)

11)

12)设

为髓心到第k个网格单元的距离；

13)if

14)α＝1；

15)else；

16)α＝-1；

17)v＝d_i,j/t_i,j；

18)设

为第i个传感器与第j个传感器的直线在第k个网格单元的长度；

19)if

20)将v加入到Y中；

21)

22)返回矩阵X；

上述算法中，第3-20行循环了n²m次，第12行的复杂度为O(1)。因此，TPSI的复杂度为O(n²m)。相比于TRRI，上述算法的时间复杂度更小。

本发明还提供了一种树木检测装置，请参照图3，图3为本发明提供的一种树木检测装置的结构示意图，该装置包括：

存储器31，用于存储计算机程序和校准系数；

处理器32，用于执行计算机程序以实现上述树木检测方法的步骤。

对于本发明提供的一种树木检测装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。

本发明还提供了一种树木检测设备，包括N个贴片式超声波模块，还包括上述的树木检测装置。

对于本发明提供的一种树木检测设备的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种树木检测方法，其特征在于，应用于树木检测设备中的处理器，所述树木检测装置还包括N个贴片式超声波模块，N个所述贴片式超声波模块均匀环绕贴合在待测树木的四周，用于发射和接受超声波，N为不小于2的整数，所述树木检测方法包括：

获取N个所述贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度v_i，j，v_i，j表示第i个所述贴片式超声波模块与第j个所述贴片式超声波模块之间的超声波传播速度，i和j均为不大于N的正整数；

根据所有的v_i，j得到所述贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V；

根据所述传播速度矩阵V获取所述待测树木的内部缺陷图像。

2.如权利要求1所述的树木检测方法，其特征在于，获取N个所述贴片式超声波模块两两之间的超声波传播速度v_i，j根据所有的v_i，j得到所述贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V，包括：

获取所述待测树木的周长γ；

根据所述周长γ计算得到第i个所述贴片式超声波模块到第j个所述贴片式超声波模块的直线距离d_i，j；

根据所有的d_i，j构成所述贴片式超声波模块之间的距离矩阵D；

每隔预设时间控制第i个所述贴片式超声波模块发射超声波并记录第j个所述贴片式超声波模块接受到超声波的时间t_i，j，构成所述贴片式超声波模块之间的传播时间矩阵T；

根据所述d_i，j和所述t_i，j计算得到第i个所述贴片式超声波模块与第j个所述贴片式超声波模块之间的超声波传播速度v_i，j，根据所有的v_i，j构成所述贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V。

3.如权利要求2所述的树木检测方法，其特征在于，构成所述贴片式超声波模块之间的传播速度矩阵V之后，还包括：

获取N个所述贴片式超声波模块各自所在位置的时间误差o_i，o_i表示第i个所述贴片式超声波模块所在位置的时间误差，并构成时间误差矩阵O；

根据所述时间误差矩阵O对所述传播速度矩阵V进行消除时间误差处理，得到消除时间误差后的传播速度矩阵V’；

根据所述传播速度矩阵V获取所述待测树木的内部缺陷图像，包括：

根据所述消除时间误差后的传播速度矩阵V’获取所述待测树木的内部缺陷图像。

4.如权利要求3所述的树木检测方法，其特征在于，获取N个所述贴片式超声波模块各自的时间误差o_i，o_i表示第i个所述贴片式超声波模块处的时间误差，并构成时间误差矩阵O，包括：

获取相邻所述贴片式超声波模块的N个所述v_i，j；

将上述所述v_i，j对应的所述d_i，j和所述t_i，j确定为健康超声波数据；

将所有所述健康超声波数据代入超声波切向速度关系式组成超线性方程组，使用最小二乘法求解所述超线性方程以获取时间误差矩阵O；

所述超声波切向速度关系式为：

其中，d_i，j为第i个所述贴片式超声波模块与第j个所述贴片式超声波模块之间的距离；d_r，s为第r个所述贴片式超声波模块与第s个所述贴片式超声波模块之间的距离；

其中，θ_i，j为第i个所述贴片式超声波模块与所述第j个所述贴片式超声波模块之间的切向弧度，k为速度偏置系数；

其中，θ_r，s为第r个所述贴片式超声波模块与所述第s个所述贴片式超声波模块之间的切向弧度，r、s均不大于N，k为速度偏置系数；o_i为第i个所述贴片式超声波模块处的时间误差；o_j为第j个所述贴片式超声波模块处的时间误差；o_r为第r个所述贴片式超声波模块处的时间误差；o_s为第s个所述贴片式超声波模块处的时间误差。

5.如权利要求4所述的树木检测方法，其特征在于，获取相邻所述贴片式超声波模块的N个所述v_i，j之后，还包括：

将所述传播速度矩阵V中各v_i，j从大到小排序，获取前N个v_i，j。

6.如权利要求1所述的树木检测方法，其特征在于，根据所述传播速度矩阵V’获取所述待测树木的内部缺陷图像之后，还包括：

根据所述内部缺陷图像确定所述待测树木的缺陷率；

获取所述待测树木的位置信息；

将所述待测树木的位置信息及缺陷率上传至网络地图系统，并在地图中对应位置标记显示所述待测树木的缺陷率。

7.如权利要求6所述的树木检测方法，其特征在于，将所述待测树木的位置信息及缺陷率上传至网络地图系统，并在地图中对应位置标记显示所述待测树木的缺陷率之后，还包括：

实时检测所述待测树木的缺陷率的是否低于阈值，若是，则在所述地图中将所述缺陷率低于阈值的所述待测树木进行标记。

8.如权利要求1至7任一项所述的树木检测方法，其特征在于，根据所述传播速度矩阵V获取所述待测树木的内部缺陷图像，包括：

将所述待测树木横截面分为预设数量的网格；

根据所述传播速度矩阵V中的各个v_i，j的对应的两个所述贴片式超声波模块所在直线离树木髓心的距离及速度大小在所述待测树木横截面中为其确定一个影响范围区域，v_i，j的速度与影响范围区域呈负相关；

将各个v_i，j的影响范围区域对应的网格赋值为v_i，j的速度大小值，当存在所述网格被多个v_i，j确定的影响区域覆盖时时，将所述网格赋值为多个v_i，j的平均值；

将赋值低于预设值的所述网格设定为缺陷网格，生成所述待测树木的内部缺陷图像。

9.一种树木检测装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序和校准系数；

处理器，用于执行所述计算机程序以实现上述1至8任一项所述树木检测方法的步骤。

10.一种树木检测设备，其特征在于，包括N个贴片式超声波模块，还包括如权利要求9所述的树木检测装置。

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