RU2327342C2 - Ultrasound wood testing of growing tree - Google Patents
Ultrasound wood testing of growing tree Download PDFInfo
- Publication number
- RU2327342C2 RU2327342C2 RU2006118089/12A RU2006118089A RU2327342C2 RU 2327342 C2 RU2327342 C2 RU 2327342C2 RU 2006118089/12 A RU2006118089/12 A RU 2006118089/12A RU 2006118089 A RU2006118089 A RU 2006118089A RU 2327342 C2 RU2327342 C2 RU 2327342C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tree
- core
- wood
- growing
- ultrasound
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано при сертификации спелой древесины на корню, например, в ходе лесоустройства, а также при экологической оценке отдельных деревьев, их биогрупп и древостоев, лесных массивов и лесных территорий.The invention relates to forestry and can be used in the certification of ripe standing timber, for example, during forest management, as well as in the environmental assessment of individual trees, their bio groups and stands, forests and forest areas.
Известен способ испытания древесины растущих деревьев на кернах (см. книгу: Столяров Д.П. и др. Использование кернов древесины в лесоводственных исследованиях. Методические рекомендации. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1988. - 43 с.), включающий взятие кернов, изучение свойств древесины в камеральных условиях.A known method of testing the wood of growing trees on cores (see the book: Stolyarov D.P. et al. Use of wood cores in forestry research. Methodical recommendations. - L .: LenNIIILKh, 1988. - 43 pp.), Including core sampling, study properties of wood in office conditions.
Недостатком известного способа является трудность изучения свойств древесины на отрезках керна из-за наклонов волокон к оси керна.The disadvantage of this method is the difficulty of studying the properties of wood on the core sections due to the inclination of the fibers to the axis of the core.
Известен также способ ультразвукового испытания растущего дерева на кернах по патенту №2144185, МКИ G01N 33/46, А01G 23/00, включающий взятие кернов, отделение от керна рабочей части для измерений, измерение геометрических параметров каждого керна по его рабочей части, определение поправок к значениям изучаемых свойств древесины по углам наклона керна к радиусу сечения дерева в продольно-радиальной и радиально-тангенциальной плоскостях анизотропии древесины, количественное измерение значений свойств древесины, например, ультразвуковых свойств, пересчет их значений с учетом поправок.There is also a method of ultrasonic testing of a growing tree on cores according to patent No. 2144185, MKI G01N 33/46, A01G 23/00, including taking cores, separating the working part from the core for measurements, measuring the geometric parameters of each core from its working part, determining corrections to the values of the studied properties of wood at the angles of inclination of the core to the radius of the cross section of the tree in the longitudinal radial and radial tangential planes of anisotropy of wood, a quantitative measurement of the properties of wood, for example, ultrasonic properties, ereschet their values as amended.
Достоинством является то, что этот способ применим преимущественно для средневозрастных, спелых и перестойных деревьев, у которых сформировалась спелая древесина, и она вдоль радиуса сечения ствола четко разделяется на заболонную, рабочую и присердцевинную зоны.The advantage is that this method is applicable mainly to middle-aged, ripe and overmature trees, in which ripe wood has formed, and it is clearly divided along the trunk section radius into sapwood, working and near-core zones.
Недостатком является то, что качество древесины не оценивается с учетом зон ранней и поздней древесины в каждом годичном слое на рабочей части керна. А это не позволяет получать экологические оценки условий произрастания деревьев, которые значительно влияют на образование зоны ранней древесины в годичном слое.The disadvantage is that the quality of the wood is not evaluated taking into account the zones of early and late wood in each annual layer on the working part of the core. And this does not allow to obtain environmental assessments of the conditions of tree growth, which significantly affect the formation of the zone of early wood in the annual layer.
Технический результат - повышение комплексности экологического испытания совместно с проведением экономического (технического) испытания древесины растущих взрослых деревьев со спелой древесиной.The technical result is an increase in the complexity of environmental testing in conjunction with the economic (technical) testing of wood from growing adult trees with ripe wood.
Этот технический результат достигается тем, что способ ультразвукового испытания древесины растущего дерева на кернах, включающий взятие кернов древесины, отделение от керна рабочей части для ультразвуковых измерений, отличающийся тем, что ультразвуковые измерения проводят по всей дине рабочей части керна путем последовательного отрезания годичных слоев, начиная с конца рабочей части керна со стороны периферии ствола дерева, затем полученные значения скорости ультразвука располагают по шкале времени, начиная с момента начала роста дерева по годичным слоям, отсчитывая их от сердцевины к периферии ствола дерева с последующим выявлением статистических закономерностей динамики скорости ультразвука в ходе роста и развития дерева, характеризующей качество древесины, и прогнозированием динамики скорости ультразвука.This technical result is achieved in that the method of ultrasonic testing of wood of growing wood on cores, including taking cores of wood, separation from the core of the working part for ultrasonic measurements, characterized in that the ultrasonic measurements are carried out along the entire length of the working part of the core by sequentially cutting the annual layers, starting from the end of the working part of the core from the periphery of the tree trunk, then the obtained ultrasound velocity values are placed on a time scale, starting from the moment of the beginning of growth tree by annual layers, counting them from the core to the periphery of the tree trunk with the subsequent identification of statistical patterns of ultrasound velocity dynamics during the growth and development of a tree that characterizes the quality of wood, and predicting the dynamics of ultrasound velocity.
Последовательное отрезание годичных слоев со стороны периферии сечения ствола дерева выполняют внутри каждого годичного слоя в переходной зоне клеток древесины между ранней и поздней древесиной.Sequential cutting of annual layers from the periphery of the tree trunk section is performed inside each annual layer in the transitional zone of wood cells between early and late wood.
Возраст до места взятия керна на высоте 1,3 м определяется возрастом подроста, а при его отсутствии берется дополнительный керн на корневой шейке дерева.The age to the place of core sampling at a height of 1.3 m is determined by the age of the undergrowth, and in its absence an additional core is taken on the root neck of the tree.
На рабочей части керна, получаемой отделением от всего керна присердцевинной и заболонной зон, учитывают возраст начала керна со стороны сердцевины ствола дерева с учетом числа годичных слоев присердцевинной зоны керна, а полный возраст дерева определяют с последовательным учетом возраста до места взятия керна, числа годичных слоев, оставшихся на присердцевинной зоне, числа годичных слоев на измеряемой по значениям ширины рабочей зоне керна, а также числа годичных слоев на отрезанной от рабочей части заболонной зоне керна.On the working part of the core obtained by separation from the entire core of the near-core and sap zones, the age of the core beginning from the side of the core of the tree trunk is taken into account, taking into account the number of annual layers of the core near-core zone, and the total age of the tree is determined taking into account the age to the place of core collection, the number of annual layers remaining in the near-core zone, the number of annual layers on the core working zone measured by the values of the width of the core, as well as the number of annual layers on the core sapwood zone cut off from the working part.
Выявление статистических закономерностей динамики скорости ультразвука в ходе роста и развития дерева, характеризующей качество древесины, осуществляют по уравнению:The identification of the statistical laws of ultrasound velocity dynamics during the growth and development of a tree characterizing the quality of wood is carried out according to the equation:
ν=ν1-ν2-ν3,ν = ν 1 -ν 2 -ν 3 ,
ν1=α1exp(α2t
ν2=α4exp(-α5t
ν3=α8t
где ν - расчетная скорость ультразвука в древесине по радиусу ствола по мере роста и развития дерева, по статистической модели, м/с;where ν is the calculated speed of ultrasound in the wood along the radius of the trunk as the tree grows and develops, according to the statistical model, m / s;
ν1 - первая и естественная составляющая (тренд) статистической закономерности, показывающая рост и развитие дерева по экспоненциальному закону, м/с;ν 1 - the first and natural component (trend) of the statistical regularity, showing the growth and development of the tree according to the exponential law, m / s;
ν2 - вторая составляющая общей статистической закономерности, показывающая колебательную адаптацию дерева в ходе его роста и развития к экологическим условиям места произрастания, м/с;ν 2 - the second component of the general statistical regularity, showing the vibrational adaptation of the tree during its growth and development to the environmental conditions of the place of growth, m / s;
ν3 - третья составляющая общей статистической закономерности роста и развития дерева, показывающая стрессовое возбуждение организма как адекватный отклик взрослеющего дерева на экологические изменения окружающей растущее дерево природной и антропогенной среды, м/с;ν 3 - the third component of the general statistical regularity of tree growth and development, showing the stress excitation of the body as an adequate response of a growing tree to environmental changes in a natural and anthropogenic environment surrounding a growing tree, m / s;
t - текущее время жизни растущего дерева до момента взятия керна, с учетом возраста каждого годичного слоя от корневой шейки растущего дерева, лет;t is the current lifetime of a growing tree until the core is taken, taking into account the age of each annual layer from the root neck of a growing tree, years;
р1, p2 - половины периодов колебательного возмущения растущего дерева для адаптации к условиям места произрастания и стрессового возбуждения на внешние воздействия со стороны окружающей растущее дерево природной и антропогенной среды, лет;p 1 , p 2 - half the periods of vibrational disturbance of a growing tree for adaptation to the conditions of the growing place and stressful excitation on external influences from the natural and anthropogenic environment surrounding the growing tree, years;
α1...α12 - параметры общей статистической закономерности, значения которых получаются идентификацией общей закономерности по измеренным данным скорости ультразвука, и они получают численные значения для каждого дерева как индивидуального организма.α 1 ... α 12 are the parameters of the general statistical regularity, the values of which are obtained by identifying the general regularity from the measured ultrasound velocity data, and they obtain numerical values for each tree as an individual organism.
Прогнозирование динамик скорости ультразвука осуществляют по первой составляющей уравнения статистической модели:Prediction of the dynamics of the speed of ultrasound is carried out according to the first component of the equation of the statistical model:
ν=ν1=α1exp(α2t
Сущность изобретения заключается в том, что используются физические волновые свойства растущих деревьев жить и формировать клеточную структуру древесины с использованием энергоинформационного общения с космической энергией. Любое дерево как высшее растение адаптируется колебательным образом к условиям окружающей среды, медленно реагируя на изменяющиеся на данном участке земельной территории планеты Земля факторы жизнедеятельности: солнечный свет, тепло, влага и питательные вещества.The essence of the invention lies in the fact that the physical wave properties of growing trees are used to live and form the cellular structure of wood using energy-information communication with cosmic energy. Any tree as a higher plant adapts in an oscillatory manner to environmental conditions, slowly reacting to vital factors changing in a given area of the earth’s planet Earth: sunlight, heat, moisture and nutrients.
Сущность заключается также в том, что по мере роста и развития годичные слои фиксируют результаты текущих энергоинформационных обменов со своей окружающей средой в клеточных структурах. Диагностика ультразвуковыми методами вполне возможно. Только в отличие от диагностики органов человека с помощью ультразвука применяются малые частоты ультразвука (60 кГц вместо 1,1 МГц).The essence also lies in the fact that, as they grow and develop, the annual layers record the results of current energy-information exchanges with their environment in cellular structures. Diagnostics by ultrasonic methods is quite possible. Only in contrast to the diagnosis of human organs using ultrasound, low frequencies of ultrasound are used (60 kHz instead of 1.1 MHz).
Положительный эффект заключается в том, что техническая оценка древесины по прототипу дополняется экологической оценкой всего процесса роста и развития изучаемого растущего дерева без его разрушения, то есть только на кернах. Это позволит проверить прогнозы на статистической модели последующими взятиями кернов и их изучением с помощью ультразвукового прибора.The positive effect is that the technical assessment of wood according to the prototype is supplemented by an environmental assessment of the entire process of growth and development of the growing tree under study without its destruction, that is, only on cores. This will make it possible to verify forecasts on a statistical model by subsequent core sampling and their study using an ultrasonic device.
Положительный эколого-экономический эффект заключается также в том, что одновременно выполняется как экологическая, так и техническая сертификации древесины конкретного растущего дерева.The positive environmental and economic effect also lies in the fact that both environmental and technical certification of the wood of a particular growing tree is simultaneously carried out.
При этом учитываются свойства не только стволов деревьев, но и условий их роста и развития. Таким образом, предлагаемый способ действительно реализует эколого-экономический (эколого-технологический) подход к сертификации древесины на корню, а не только утилитарно-потребительский подход для целей изготовления изделий из древесины.In this case, the properties of not only tree trunks, but also the conditions of their growth and development, are taken into account. Thus, the proposed method really implements an ecological-economic (ecological-technological) approach to certification of standing wood, and not just a utilitarian-consumer approach for the manufacture of wood products.
В связи с этим техническое решение обладает существенными признаками новизны, положительным эффектом и перспективой расширения практического применения в инженерной экологии, то есть в экологической оценке лесных территорий, а также территорий с произрастающими древесными растениями. Предлагаемый способ позволяет расширить исследования в направлении общего древесиноведения.In this regard, the technical solution has significant signs of novelty, a positive effect and the prospect of expanding practical applications in environmental engineering, that is, in the environmental assessment of forest areas, as well as territories with growing woody plants. The proposed method allows to expand research in the field of general wood science.
Из анализа научно-технической и обзора патентной литературы материалов, порочащих новизну предлагаемого способа, не обнаружено.From the analysis of scientific, technical and patent literature review, materials discrediting the novelty of the proposed method were not found.
Способ ультразвукового испытания древесины растущего дерева на кернах включает в себя следующие действия.The method of ultrasonic testing of wood of a growing tree on cores includes the following steps.
Вначале отбирают на участке леса (или участках земли с растущими деревьями) учетные деревья.First, accounting trees are selected on a plot of forest (or plots of land with growing trees).
Взятие керна осуществляют вдоль геодезической оси север-юг при технической сертификации и юг-север при экологической сертификации древесины. Отделением присердцевинной и заболонной зон керна оставляют его рабочую часть.Core sampling is carried out along the north-south geodetic axis for technical certification and south-north for environmental certification of wood. The core part of the core and sap zones of the core leaves its working part.
В дальнейшем испытания можно проводить двумя путями:Further tests can be carried out in two ways:
во-первых, получение результатов испытания на кернах для экологических (сертификация земельных участков на данной территории) целей при высокоточном моделировании и последующем прогнозировании динамики скорости ультразвука;firstly, obtaining core test results for environmental (land certification in a given territory) purposes with high-precision modeling and subsequent prediction of ultrasound velocity dynamics;
во-вторых, закономерности динамики по не уточненным исходным данным измерений скорости ультразвука в дальнейшем применяются только для технических (сертификация древесины на корню для выработки ценных видов древесных сортиментов в будущем) целей.secondly, the laws of dynamics according to the unspecified initial data of ultrasound velocity measurements are subsequently applied only for technical purposes (certification of standing wood to produce valuable types of wood assortments in the future).
В первом случае, при необходимости выявления высокоточных статистических закономерностей динамики скорости ультразвука по годам (годичным слоям), последующие действия выполняются по прототипу: измерение геометрических параметров каждого керна, определение поправок к значениям изучаемых свойств древесины по углам наклона керна, количественное измерение свойств древесины, пересчет их с учетом поправок. Эти действия позволяют уточнять измеренные значения скорости ультразвука по каждому керну древесины на разных высотах ствола дерева. Полученные точные результаты позволяют диагностировать текущее состояние древесного организма и затем проанализировать физиологические процессы, происходившие в момент взятия керна в стволе дерева (здесь есть некоторая аналогия с ультразвуковой диагностикой внутренних органов человека в медицине).In the first case, if it is necessary to identify high-precision statistical laws of the dynamics of ultrasound velocity by year (annual layers), the following actions are performed according to the prototype: measuring the geometric parameters of each core, determining corrections to the values of the studied properties of wood by the angles of inclination of the core, quantifying the properties of wood, recalculating as amended. These actions make it possible to clarify the measured ultrasound velocity values for each core of wood at different heights of the tree trunk. The obtained accurate results make it possible to diagnose the current state of the arboreal organism and then analyze the physiological processes that occurred at the time of taking the core in the tree trunk (there is some analogy with the ultrasound diagnosis of human internal organs in medicine).
Во втором случае, когда необходим массовый статистический материал для усредненных выводов о качестве древесины для получения ценных видов сортиментов для деревообработки, действия по прототипу можно и не выполнять, а керн брать только на высоте 1,3 м от корневой шейки. Тогда по нескольким деревьям судят о качестве древостоя, направляемого в будущем валкой и разделкой всех деревьев или их части (например, прореживанием леса или проходными рубками леса) на различные виды древесинных сортиментов.In the second case, when massive statistical material is needed for averaged conclusions about the quality of wood to obtain valuable types of woodworking assortments, the prototype cannot be performed, and the core should be taken only at a height of 1.3 m from the root collar. Then, several trees are judged on the quality of the forest stand, directed in the future by felling and cutting all or part of the trees (for example, by thinning the forest or through felling) to different types of wood varieties.
Ультразвуковые измерения проводят по всей длине рабочей части керна путем последовательного отрезания годичных слоев, начиная с конца рабочей части керна со стороны периферии ствола дерева, затем полученные значения скорости ультразвука располагают по шкале времени, начиная с момента начала роста дерева по годичным слоям, отсчитывая их от сердцевины к периферии ствола дерева, после этого статистическим моделированием выявляют закономерность динамики скорости ультразвука в ходе роста и развития дерева, причем прогнозирование значений скорости ультразвука выполняют по первой составляющей готовой статистической модели.Ultrasonic measurements are carried out along the entire length of the working part of the core by sequentially cutting the annual layers, starting from the end of the working part of the core from the periphery of the tree trunk, then the obtained ultrasound velocity values are placed on a time scale, starting from the moment the tree begins to grow in annual layers, counting them from core to the periphery of the tree trunk, then statistical modeling reveals the pattern of ultrasound velocity dynamics during the growth and development of the tree, and predicting the value th ultrasound speed is performed according to the first component of the finished statistical model.
Последовательное отрезание годичных слоев со стороны периферии сечения ствола дерева выполняют внутри каждого годичного слоя в переходной зоне клеток древесины между ранней и поздней древесиной.Sequential cutting of annual layers from the periphery of the tree trunk section is performed inside each annual layer in the transitional zone of wood cells between early and late wood.
Возраст до места взятия керна на высоте 1,3 м определяется возрастом подроста, а при его отсутствии берется дополнительный керн на корневой шейке дерева.The age to the place of core sampling at a height of 1.3 m is determined by the age of the undergrowth, and in its absence an additional core is taken on the root neck of the tree.
На рабочей части керна, получаемой отделением от всего керна присердцевинной и заболонной зон, учитывается возраст начала керна со стороны сердцевины ствола дерева с учетом числа годичных слоев присердцевинной зоны керна, а полный возраст дерева определяется с последовательным учетом возраста до места взятия керна, числа годичных слоев, оставшихся на присердцевинной зоне, числа годичных слоев на измеряемой по значениям ширины рабочей зоне керна, а также числа годичных слоев на отрезанной от рабочей части заболонной зоне керна.On the working part of the core, obtained by separation from the entire core of the near-core and sap zones, the start age of the core from the side of the core of the tree trunk is taken into account, taking into account the number of annual layers of the core near-core zone, and the total age of the tree is determined taking into account the age to the core location, the number of annual layers remaining in the near-core zone, the number of annual layers on the core working zone measured by the values of the width of the core, as well as the number of annual layers on the core sapwood zone cut off from the working part.
По результатам измерения ширины годичных слоев статистическим моделированием выявляют закономерность в виде формулы:According to the results of measuring the width of the annual layers, statistical modeling reveals a pattern in the form of the formula:
ν=ν1-ν2-ν3,ν = ν 1 -ν 2 -ν 3 ,
ν1=α1exp(α2t
ν2=α4exp(-α5t
ν3=α8t
где ν - расчетная скорость ультразвука в древесине по радиусу ствола по мере роста и развития дерева, по статистической модели, м/с;where ν is the calculated speed of ultrasound in the wood along the radius of the trunk as the tree grows and develops, according to the statistical model, m / s;
ν1 - первая и естественная составляющая (тренд) статистической закономерности, показывающая рост и развитие дерева по экспоненциальному закону, м/с;ν 1 - the first and natural component (trend) of the statistical regularity, showing the growth and development of the tree according to the exponential law, m / s;
ν2 - вторая составляющая общей статистической закономерности, показывающая колебательную адаптацию дерева в ходе его роста и развития к экологическим условиям места произрастания, м/с;ν 2 - the second component of the general statistical regularity, showing the vibrational adaptation of the tree during its growth and development to the environmental conditions of the place of growth, m / s;
ν3 - третья составляющая общей статистической закономерности роста и развития дерева, показывающая стрессовое возбуждение организма как адекватный отклик взрослеющего дерева на экологические изменения окружающей растущее дерево природной и антропогенной среды, м/с;ν 3 - the third component of the general statistical regularity of tree growth and development, showing the stress excitation of the body as an adequate response of a growing tree to environmental changes in a natural and anthropogenic environment surrounding a growing tree, m / s;
t - текущее время жизни растущего дерева до момента взятия керна, с учетом возраста каждого годичного слоя от корневой шейки растущего дерева, лет;t is the current lifetime of a growing tree until the core is taken, taking into account the age of each annual layer from the root neck of a growing tree, years;
р1, p2 - половины периодов колебательного возмущения растущего дерева для адаптации к условиям места произрастания и стрессового возбуждения на внешние воздействия со стороны окружающей растущее дерево природной и антропогенной среды, лет;p 1 , p 2 - half the periods of vibrational disturbance of a growing tree for adaptation to the conditions of the growing place and stressful excitation on external influences from the natural and anthropogenic environment surrounding the growing tree, years;
α1...α12 - параметры общей статистической закономерности, значения которых получаются идентификацией общей закономерности по измеренным данным скорости ультразвука, и они получают численные значения для каждого дерева как индивидуального организма.α 1 ... α 12 are the parameters of the general statistical regularity, the values of which are obtained by identifying the general regularity from the measured ultrasound velocity data, and they obtain numerical values for each tree as an individual organism.
Для экологической сертификации учитываются все три составляющие предложенной статистической закономерности, а для технической сертификации на древесное сырье закономерность выявляют только по первой составляющей, по тренду изменения скорости ультразвука в зависимости от возраста годичного слоя. Таким образом, техническая сертификация может практически выполняться без учета поправочных коэффициентов и без волновых составляющих к тренду динамики, что значительно повышает производительность труда исследователей при технической сертификации по сравнению с экологической сертификацией.For environmental certification, all three components of the proposed statistical regularity are taken into account, and for technical certification for wood raw materials, the regularity is revealed only by the first component, by the trend in the change in ultrasound speed depending on the age of the annual layer. Thus, technical certification can be practically carried out without taking into account correction factors and without wave components to the trend of dynamics, which significantly increases the labor productivity of researchers in technical certification compared to environmental certification.
У готовой общей статистической закономерности для прогнозирования на перспективу, равной по продолжительности числу годичных слоев на рабочей части керна, принимают первую составляющую общей закономерности в виде формулыFor the finished general statistical regularity for forecasting for the future, equal in duration to the number of annual layers on the working part of the core, the first component of the general regularity is accepted in the form of a formula
ν=ν1=α1exp(α2t
Предлагаемый способ рекомендуется применять на учетных деревьях, которые после взятия деревьев могут быть оставлены для экологического мониторинга. Однако он может быть использован применительно к модельным деревьям, то есть в ходе лесоустроительных работ, когда модельные деревья валятся и разделываются на отрезки длиной 1 м (молодняк) и 2 м (взрослый лес).The proposed method is recommended for use on accounting trees, which after taking the trees can be left for environmental monitoring. However, it can be used in relation to model trees, that is, during forest inventory works, when model trees are felled and cut into segments 1 m long (young growth) and 2 m long (adult forest).
Способ ультразвукового испытания древесины растущего дерева на кернах реализуется, например, в лесу при комплексной (экологической и технической) сертификации деревьев древостоя следующим образом.A method of ultrasonic testing of wood of a growing tree on cores is implemented, for example, in a forest with a comprehensive (environmental and technical) certification of tree stands as follows.
Вначале в лесу выбирают учетное дерево, то есть такое дерево, которое позволяет многократно проводить экологические обследования и эксперименты с кернами древесины. Затем осматривают кору и поверхность для возможного взятия керна буравом насквозь ствола по его диаметру.First, in the forest, a reference tree is chosen, that is, a tree that allows you to repeatedly conduct environmental surveys and experiments with core samples. Then inspect the bark and surface for a possible core to be taken through the hole through the borehole along its diameter.
Затем измеряют геометрические и размерные параметры керна, его частей и отрезков, определяют поправки к значениям изучаемых свойств по углам наклона керна, его частей и отрезков по углам наклона керна к диаметру сечения дерева, а после количественного измерения значения свойств их пересчитывают с учетом поправок.Then, the geometric and dimensional parameters of the core, its parts and segments are measured, corrections to the values of the studied properties are determined by the angle of inclination of the core, its parts and segments by the angle of inclination of the core to the diameter of the tree section, and after quantitative measurement, the values of the properties are recalculated taking into account the amendments.
Ультразвуковые измерения проводят по всей длине рабочей части керна путем последовательного отрезания годичных слоев, начиная с конца рабочей части керна со стороны периферии ствола дерева, затем полученные значения скорости ультразвука располагают по шкале времени, начиная с момента начала роста дерева по годичным слоям, отсчитывая их от сердцевины к периферии ствола дерева, после этого статистическим моделированием выявляют закономерность динамики скорости ультразвука в ходе роста и развития дерева, причем прогнозирование значений скорости ультразвука выполняют по первой составляющей готовой статистической модели.Ultrasonic measurements are carried out along the entire length of the working part of the core by sequentially cutting the annual layers, starting from the end of the working part of the core from the periphery of the tree trunk, then the obtained ultrasound velocity values are placed on a time scale, starting from the moment the tree begins to grow in annual layers, counting them from core to the periphery of the tree trunk, then statistical modeling reveals the pattern of ultrasound velocity dynamics during the growth and development of the tree, and predicting the value th ultrasound speed is performed according to the first component of the finished statistical model.
Последовательное отрезание годичных слоев со стороны периферии сечения ствола дерева выполняют внутри каждого годичного слоя в переходной зоне клеток древесины между ранней и поздней древесиной.Sequential cutting of annual layers from the periphery of the tree trunk section is performed inside each annual layer in the transitional zone of wood cells between early and late wood.
Возраст до места взятия керна на высоте 1,3 м определяется возрастом подроста, а при его отсутствии берется дополнительный керн на корневой шейке дерева.The age to the place of core sampling at a height of 1.3 m is determined by the age of the undergrowth, and in its absence an additional core is taken on the root neck of the tree.
На рабочей части керна, получаемой отделением от всего керна присердцевинной и заболонной зон, учитывается возраст начала керна со стороны сердцевины ствола дерева с учетом числа годичных слоев присердцевинной зоны керна, а полный возраст дерева определяется с последовательным учетом возраста до места взятия керна, числа годичных слоев, оставшихся на присердцевинной зоне, числа годичных слоев на измеряемой по значениям ширины рабочей зоне керна, а также числа годичных слоев на отрезанной от рабочей части заболонной зоне керна.On the working part of the core, obtained by separation from the entire core of the near-core and sap zones, the start age of the core from the side of the core of the tree trunk is taken into account, taking into account the number of annual layers of the core near-core zone, and the total age of the tree is determined taking into account the age to the core location, the number of annual layers remaining in the near-core zone, the number of annual layers on the core working zone measured by the values of the width of the core, as well as the number of annual layers on the core sapwood zone cut off from the working part.
По результатам измерения ширины годичных слоев статистическим моделированием выявляют закономерность в виде формулы:According to the results of measuring the width of the annual layers, statistical modeling reveals a pattern in the form of the formula:
ν=ν1-ν2-ν3,ν = ν 1 -ν 2 -ν 3 ,
ν1=α1exp(α2t
ν2=α4exp(-α5t
ν3=α8t
где ν - расчетная скорость ультразвука в древесине по радиусу ствола по мере роста и развития дерева, по статистической модели, м/с;where ν is the calculated speed of ultrasound in the wood along the radius of the trunk as the tree grows and develops, according to the statistical model, m / s;
ν1 - первая и естественная составляющая (тренд) статистической закономерности, показывающая рост и развитие дерева по экспоненциальному закону, м/с;ν 1 - the first and natural component (trend) of the statistical regularity, showing the growth and development of the tree according to the exponential law, m / s;
ν2 - вторая составляющая общей статистической закономерности, показывающая колебательную адаптацию дерева в ходе его роста и развития к экологическим условиям места произрастания, м/с;ν 2 - the second component of the general statistical regularity, showing the vibrational adaptation of the tree during its growth and development to the environmental conditions of the place of growth, m / s;
ν3 - третья составляющая общей статистической закономерности роста и развития дерева, показывающая стрессовое возбуждение организма как адекватный отклик взрослеющего дерева на экологические изменения окружающей растущее дерево природной и антропогенной среды, м/с;ν 3 - the third component of the general statistical regularity of tree growth and development, showing the stress excitation of the body as an adequate response of a growing tree to environmental changes in a natural and anthropogenic environment surrounding a growing tree, m / s;
t - текущее время жизни растущего дерева до момента взятия керна, с учетом возраста каждого годичного слоя от корневой шейки растущего дерева, лет;t is the current lifetime of a growing tree until the core is taken, taking into account the age of each annual layer from the root neck of a growing tree, years;
р1, р2 - половины периодов колебательного возмущения растущего дерева для адаптации к условиям места произрастания и стрессового возбуждения на внешние воздействия со стороны окружающей растущее дерево природной и антропогенной среды, лет;p 1 , p 2 - half the periods of vibrational disturbance of a growing tree for adaptation to the conditions of the growing place and stressful excitation on external influences from the natural and anthropogenic environment surrounding the growing tree, years;
α1...α12 - параметры общей статистической закономерности, значения которых получаются идентификацией общей закономерности по измеренным данным скорости ультразвука, и они получают численные значения для каждого дерева как индивидуального организма.α 1 ... α 12 are the parameters of the general statistical regularity, the values of which are obtained by identifying the general regularity from the measured ultrasound velocity data, and they obtain numerical values for each tree as an individual organism.
У готовой общей статистической закономерности для прогнозирования на перспективу, равной по продолжительности числу годичных слоев на рабочей части керна, принимают первую составляющую общей закономерности в виде формулыFor the finished general statistical regularity for forecasting for the future, equal in duration to the number of annual layers on the working part of the core, the first component of the general regularity is accepted in the form of a formula
ν=ν1=α1exp(α2t
Отверстия в дереве замазывают садовым варом или почвой, чтобы устранить заселение вредителей.Holes in the tree are covered with garden varieties or soil to eliminate pest colonization.
Пример. Динамика радиуса ствола сосны была изучена на керне древесины, начиная с 1948 по 1992 годы на каждом годичном слое. Дерево произрастало в сосново-березовом насаждении с примесью ели и осины естественного происхождения: состав пород 9С+1Б (единичные Е+Ос); тип лесорастительных условий - А2; тип леса - сосняк зеленомошниковый; полнота - 0,8.Example. The dynamics of the radius of the pine trunk was studied on a core of wood, starting from 1948 to 1992 on each annual layer. The tree grew in a pine-birch plantation with an admixture of spruce and aspen of natural origin: the composition of the rocks 9C + 1B (single E + Oc); type of forest conditions - A2; type of forest - green pine forest; completeness - 0.8.
Для измерений ширины годичных слоев использовался керн комнатно-сухой влажности, взятый в 2000 году на высоте 1,3 м. Возраст подроста на высоте 1,3 м составлял 11 лет. Замеры проводились, начиная с 22 по 66 год жизни дерева. Полный же возраст дерева составляет 74 года (фиг.1).To measure the width of the annual layers, we used a core of room-dry humidity taken in 2000 at a height of 1.3 m. The age of the undergrowth at a height of 1.3 m was 11 years. Measurements were taken starting from 22 to 66 years of the tree's life. The full age of the tree is 74 years (figure 1).
Из схемы на фиг.1 видно, что после удаления присердцевинной зоны длиной в 10 лет срез рабочей части керна был выполнен с оставлением 22-го годичного слоя, начиная с ранней древесины.From the diagram in figure 1 it is seen that after removal of the near-core zone 10 years long, a section of the working part of the core was made with the leaving of the 22nd annual layer, starting from early wood.
При этом рабочая часть керна завершается, не доходя до камбиального слоя на 8 лет. Поэтому отрезок керна на последних годичных слоях также не был измерен из-за малости ширины годичных слоев и трудности разделения по ранней древесине.At the same time, the working part of the core is completed before reaching the cambial layer for 8 years. Therefore, the core segment on the last annual layers was also not measured due to the small width of the annual layers and the difficulty of separation by early wood.
Таким образом, 66 год завершается поздней древесиной и поэтому первый замер ультразвуковым прибором был сделан так, что рабочая часть керна вначале отсчета годичных слоев имела торец с ранней древесиной, а в конце отсчета числа лет - позднюю древесину. Датчики ультразвукового прибора типа УК-14П прикладывали к этим торцам, измеряли время прохождения ультразвуковых волн через всю рабочую часть керна. Скорость ультразвука поперек волокон древесины определялась делением длины рабочей части керна на время прохождения волн. Тем самым оценивается качество (чем выше скорость ультразвука, то тем качественнее древесина с технических и экологических позиций) древесины растущего дерева по высушенной до комнатно-сухого состояния рабочей части керна.Thus, the 66th year ends with late wood, and therefore the first ultrasonic metering was done so that the working part of the core at the beginning of the annual layer count had an end face with early wood, and at the end of the number of years count - late wood. Sensors of an ultrasonic device of the UK-14P type were applied to these ends, and the transit time of ultrasonic waves through the entire working part of the core was measured. The speed of ultrasound across the wood fibers was determined by dividing the length of the working part of the core by the time the waves passed. This assesses the quality (the higher the speed of ultrasound, the better the wood from technical and environmental points of view) of the wood of a growing tree, dried to the room-dry state of the working part of the core.
В дальнейшем отрезалась поздняя древесина на границе с ранней древесиной годичного слоя. Если учесть, что вегетационный период начинается с конца марта, а завершается примерно в конце октября, то доля вегетационного года, приходящая на раннюю древесину, составит примерно 7/12=0,6 года. Поэтому на последнем годичном слое должны записать время 65,6 лет, а не 66 лет, как это было с полным годичным слоем на всей длине рабочей части керна.Later, late wood was cut off at the border with early wood of the annual layer. If we take into account that the growing season begins at the end of March and ends around the end of October, then the proportion of the growing year coming to early wood will be approximately 7/12 = 0.6 years. Therefore, on the last annual layer, the time should be recorded 65.6 years, and not 66 years, as was the case with the full annual layer over the entire length of the working part of the core.
Ультразвуковым прибором снова измерялось время прохождения звуковых волн (при всех измерениях был использован эталон для возможности проведения опытов на малых длинах оставшейся после отрезания годичных слоев рабочей части керна). Затем снова отрезался слой ранней древесины до конца зоны поздней древесины в 65 лет. Так, последовательным отрезанием годичных слоев по ранней и поздней клеточным структурам измерялись значения скорости ультразвука.The transit time of sound waves was again measured with an ultrasonic device (for all measurements, the standard was used to make it possible to carry out experiments at small lengths of the core core remaining after cutting the annual layers). Then a layer of early wood was again cut off to the end of the late wood zone at 65 years old. Thus, by sequentially cutting the annual layers from the early and late cellular structures, the ultrasound velocity was measured.
Отрезание слоев от периферии к центру позволяет полностью идентифицировать рост ствола дерева по радиусу. При постепенном уменьшении измеряемой рабочей части до последнего годичного слоя скорость ультразвука показывает предысторию развития всего дерева. Поэтому появляется возможность ультразвуковой диагностики древесины растущего дерева по динамике скорости ультразвука с возрастом каждого годичного слоя дерева.Cutting the layers from the periphery to the center allows you to fully identify the growth of the tree trunk by radius. With a gradual decrease in the measured working part to the last year layer, the speed of ultrasound shows the history of the development of the whole tree. Therefore, it becomes possible to ultrasound diagnose the wood of a growing tree according to the dynamics of ultrasound velocity with the age of each annual layer of the tree.
По измеренным значениям скорости ультразвука сравнивались результаты по торцам керна с ранней и поздней древесиной. После статистического моделирования с использованием биотехнического закона проф. П.М.Мазуркина были получены два уравнения (см. таблицу):According to the measured ultrasound velocity, the results on the ends of the core were compared with early and late wood. After statistical modeling using biotechnological law prof. P.M. Mazurkina received two equations (see table):
- торцы керна с ранней древесиной (фиг.2)- ends of the core with early wood (figure 2)
- торцы керна с поздней древесиной (фиг.3)- end faces of core with late wood (figure 3)
В таблице приведены следующие условные обозначения:The table shows the following conventions:
t - время в годах с момента зарождения данного растущего дерева, лет;t is the time in years since the birth of this growing tree, years;
v - расчетная скорость ультразвука в древесине по радиусу ствола по мере роста и развития дерева, по статистической модели, м/с; v is the calculated speed of ultrasound in the wood along the radius of the trunk as the tree grows and develops, according to the statistical model, m / s;
ε - абсолютная погрешность (остаток) статистической модели, вычисляемая как разность между фактическими и расчетными значениями изучаемого показателя;ε is the absolute error (balance) of the statistical model, calculated as the difference between the actual and calculated values of the studied indicator;
Δ - относительная погрешность статистической модели, %.Δ is the relative error of the statistical model,%.
Максимальные относительные погрешности Δmax=10,5% для прохождения ультразвука по торцам с поздней древесиной и Δmax=6,96% для прохождения ультразвука по торцам керна с ранней древесиной в таблице подчеркнуты.The maximum relative errors Δ max = 10.5% for the passage of ultrasound along the ends of the late wood and Δ max = 6.96% for the passage of ultrasound along the ends of the core with early wood are underlined in the table.
Доверительная вероятность моделей (1) и (2) будет равна не меньше 100-10,5=89,5% и 93,04%, что позволяет дать долгосрочный прогноз, равный длине основания прогноза 1992-1948=44 года.The confidence probability of models (1) and (2) will be no less than 100-10.5 = 89.5% and 93.04%, which allows us to give a long-term forecast equal to the length of the forecast base 1992-1948 = 44 years.
Из графиков на фиг.1 и 2 видно, что волновые составляющие моделей (1) и (2) в прогнозах для спелых деревьев не будут участвовать, поэтому будут действительными уравнения трендов:From the graphs in FIGS. 1 and 2 it can be seen that the wave components of the models (1) and (2) will not participate in the forecasts for ripe trees, therefore the trend equations will be valid:
- торцы керна с ранней древесиной (фиг.2)- ends of the core with early wood (figure 2)
- торцы керна с поздней древесиной (фиг.3)- end faces of core with late wood (figure 3)
Эти уравнения (3) и (4) показывают, что по мере приближения к 40-летнему возрасту исследуемая сосна перешла от турбулентного режима роста и развития к ламинарному течению своей жизни. После 40-летенго возраста она стала спокойно наращивать свое качество (совокупность свойств живых клеток и мертвых клеток сообразно условиям места произрастания), медленно увеличивая по экспоненциальному закону скорость ультразвука через свои годичные слои (пропорционально и прочность древесинного тела ствола дерева).These equations (3) and (4) show that, as we approach the age of 40, the pine studied has passed from the turbulent mode of growth and development to the laminar flow of its life. After 40 years of age, she began to calmly increase her quality (the set of properties of living cells and dead cells according to the conditions of the place of growth), slowly increasing exponentially the speed of ultrasound through its annual layers (proportionally to the strength of the woody body of a tree trunk).
При этом оказалось, что разброс точек на графиках различный. Оно меньше при измерениях по торцам с ранней древесиной. Это объясняется тем, что звуковые волны лучше проходят по клеткам ранней древесины, чем поздней. При этом оказалось, что сумма квадратов отклонений измерений по торцам керна с ранней древесиной почти в два раза меньше, чем по торцам с поздней древесиной. А коэффициенты корреляции составляют: для уравнений (1) и (2) соответственно 0,926 и 0,667. Поэтому способ измерения по торцам с ранней древесиной предпочтительнее, чем по торцам с поздней древесиной.It turned out that the scatter of points on the graphs is different. It is smaller when measured at the ends with early wood. This is because sound waves pass through the cells of early wood rather than late. Moreover, it turned out that the sum of the squares of the deviations of measurements at the ends of the core with early wood is almost two times less than at the ends with late wood. And the correlation coefficients are: for equations (1) and (2), 0.926 and 0.667, respectively. Therefore, the method of measurement at the ends with early wood is preferable than at the ends with late wood.
Предлагаемый способ является универсальным и позволяет реализовать физико-технологический подход к экологической, экономической и комплексной эколого-экономической оценке растущих деревьев, а также проводить инженерно-экологический мониторинг хода роста и развития в прошлом и будущем учетного дерева.The proposed method is universal and allows you to implement a physical and technological approach to the environmental, economic and integrated environmental and economic assessment of growing trees, as well as to carry out environmental engineering monitoring of the growth and development of the accounting tree in the past and future.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006118089/12A RU2327342C2 (en) | 2006-05-25 | 2006-05-25 | Ultrasound wood testing of growing tree |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006118089/12A RU2327342C2 (en) | 2006-05-25 | 2006-05-25 | Ultrasound wood testing of growing tree |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006118089A RU2006118089A (en) | 2007-12-20 |
| RU2327342C2 true RU2327342C2 (en) | 2008-06-27 |
Family
ID=38916742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006118089/12A RU2327342C2 (en) | 2006-05-25 | 2006-05-25 | Ultrasound wood testing of growing tree |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2327342C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2477473C2 (en) * | 2011-03-17 | 2013-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) | Method for microphotometric investigations of wood annual rings |
-
2006
- 2006-05-25 RU RU2006118089/12A patent/RU2327342C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2477473C2 (en) * | 2011-03-17 | 2013-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) | Method for microphotometric investigations of wood annual rings |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006118089A (en) | 2007-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fritts | Tree rings and climate | |
| CN110082300B (en) | Method for establishing winter wheat canopy water content monitoring model based on spectral parameters | |
| CN107356569B (en) | The construction method of method and its model based on chlorophyll fluorescence prediction wheat grain yield | |
| Isango et al. | Stand structure and tree species composition of Tanzania miombo woodlands: a case study from miombo woodlands of community-based forest management in Iringa District | |
| CN106718363B (en) | Irrigation test method and test platform for fine agriculture | |
| CN103528965B (en) | A kind of wheat leaf equivalent water thickness EO-1 hyperion monitoring method | |
| CN102353701A (en) | Diagnostic method for insect attacks on crops by utilizing volatile matter | |
| JP4976689B2 (en) | Tree soundness evaluation method and tree soundness evaluation apparatus | |
| Karlinasari et al. | Sonic and ultrasonic waves in agarwood trees (Aquilaria microcarpa) inoculated with Fusarium solani | |
| CN117077542B (en) | Mangrove wave elimination evaluation method based on drag coefficient of bionic mangrove model | |
| Najmie et al. | Density and ultrasonic characterization of oil palm trunk infected by Ganoderma boninense disease | |
| CN110068299B (en) | Calculation method of leaf area index of greenhouse crop | |
| RU2327342C2 (en) | Ultrasound wood testing of growing tree | |
| RU2376749C1 (en) | Method for analysis of fir tree trunk and crown | |
| Sandoz | Standing tree quality assessments using ultrasound | |
| CN105760654B (en) | A kind of construction method for the rice leaf NDVI model of fit characterizing paddy growth state | |
| RU2194385C1 (en) | Method for testing wood of standing trees | |
| Whyte et al. | Quantifying responses to fertiliser in the growth of radiata pine | |
| RU2228608C2 (en) | Method for ultrasonic testing of growing tree bearing capacity | |
| RU2010132819A (en) | METHOD FOR ANALYSIS OF KOMLEVA PART OF GROWING TREES | |
| RU2495417C2 (en) | Method of analysis of fir tree branches of crown | |
| RU2489717C2 (en) | Method of analysis of crown of accounting fir-tree according to testing of needles of one-year branches | |
| CN113945186B (en) | Method for estimating total leaf number and total leaf area of whole plant according to leaf growth rule | |
| RU2290638C2 (en) | Method of testing wood for content of chemical elements | |
| RU2242866C2 (en) | Method for supersonic testing of annual growth layers of tree and timber material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080526 |