[發明專利]無損測量樹干內部腐朽體三維空間分布的方法

在審

• 申請號: 201510015094.4
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104483388A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 韓文泉;儲征偉;李勇;肖玉華;施一軍
• 申請（專利權）人: 南京市測繪勘察研究院有限公司
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

1.一種無損測量樹干內部腐朽體三維空間分布的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，確定要測量的樹干范圍，建立三維直角坐標系；

步驟2，選擇測量斷面；在樹干圓周上設置若干個測點，選其中一個測點為定位點，分別測量此點與其他測點間的直線距離；

步驟3，在測點上布設金屬探針，敲擊測點上的探針，敲擊壓力以波動形式形成應力波四處傳播，分別測量從被敲擊的金屬探針處發出的波動信號到其他金屬探針處接收到波動信號的時間，即獲取定點與其他測點之間的波動信號傳播時間；

步驟4，根據測點間的直線距離和探針間波動信號的傳播時間，計算應力波在定位點與其他測點間的傳播速度；同理敲擊其他測點，獲得由其他測點出發的傳播速度；從而根據傳播速度推算出單一斷面的腐朽分布；

步驟5，判斷斷面是否滿足三維展示需要，確定是否加測斷面或復測已有斷面，重復步驟2-4測量加測斷面或復測已有斷面的腐朽分布；

步驟6，根據各個斷面測量數據，采用三維線性內插方法，生成樹干腐朽三維分布數據。

2.根據權利要求1所述的一種無損測量樹干內部腐朽體三維空間分布的方法，其特征在于：步驟1中所述三維直角坐標系建立方法為，坐標的單位設定為厘米，Y軸指向正北，X軸垂直于Y軸，X軸Y軸位于同一水平面內，Z軸從地面向上垂至于XY軸的面，原點為包圍所測樹木樹干的最小四棱柱的最小XYZ值，設為0點。

3.根據權利要求1所述的一種無損測量樹干內部腐朽體三維空間分布的方法，其特征在于：步驟2中所述樹干圓周上測點之間的圓弧距離為15厘米到50厘米，且在同一個水平面上。

4.根據權利要求1所述的一種無損測量樹干內部腐朽體三維空間分布的方法，其特征在于：步驟3中所述傳播時間精確到1×10^-6秒。

5.根據權利要求1所述的一種無損測量樹干內部腐朽體三維空間分布的方法，其特征在于：步驟4具體實現步驟如下：

（1）利用公式：V?=?S/T?計算各條路徑的應力波傳播速度，其中，V表示傳播速度，單位米每秒；S表示測點間距離，單位米；T表示波動信號傳播時間，單位秒；

（2）檢查速度測量的正確性；利用多次測量的速度的方法，設定5次測量為一組，若測量的標準差在均值的5%之內，則取均值為這次測量值；若大于均值的5%，則需要增加敲擊次數，最后的值替代最初的值，以此類推直到穩定到均值的5%之內為止；

（3）計算同一測點上所有傳播速度的算術平均值，再求出各速度值與該算術平均值的偏差值，該偏差值大于算術平均值15%以上，需要記錄；

（4）根據速度值推算空腐程度；腐朽程度與速度成反比，速度降為平均值的55%以下時，則認為是空洞，即為完全腐朽；速度在平均值的55%到65%之間，則認為是已經腐朽；速度在平均值的65%到75%之間，則認為是正在腐朽；速度在平均值的75%到85%之間，則認為是疑似腐朽；速度在平均值的85%以上時，認為樹木完好；

（5）依次連接每個測量點，采用樣條函數構成閉合曲線，以模擬樹干外形，以閉合曲面的重心為中心，1厘米為步長，用規則格網剖分閉合面；每個測點相互連接，形成測點間的連接線網；

（6）求出空腐值邊界點，確定測點間連線上的空腐狀況；結合其他路徑的坐標位置，利用過平面兩點的直線方程：(x-x1)/(x2-x1)=(y-y1)/(y2-y1)，其中，x1,y1為第一點坐標，x2,y2為第二點坐標；再根據相交的兩條直線求交點計算公式：X=(b1-b2)/(k2-k1)，Y=k1(b1-b2)/(k2-k1)+b1計算出兩個測點之間的點連線與其它路徑的交點坐標；其中，b1和k1分別為第一條直線的截距和斜率，b2,k2分別為第二條直線的截距和斜率；從而確定空洞是在各測點之間連線的邊界點位置；

（7）根據測點間連線上的空腐狀況，確定整個斷面空腐狀況；根據反距離權重內插公式：A=0.65A1+0.25A2+0.1A3求出內插各斷面的各點空腐值；其中，A為要內插點的空腐值，A1、A2、A3分別為搜尋的特征點的空腐值，0.65、0.25和0.1分別為權值。

6.根據權利要求1所述的一種無損測量樹干內部腐朽體三維空間分布的方法，其特征在于：步驟6具體實現步驟如下：

（1）求出每個測量斷面的重心位置；連接各斷面的重心點與其內部的測點，構成各截面的徑向線數據；

（2）求出徑向線數據上各點的對應的空腐值；

（3）分別連接各斷面的重心點和各測點，作為三維內插算法框架數據；上下兩個斷面兩點之間構成直線段；

（4）內插斷面數據；根據上下兩個斷面的Z坐標的中值，確定水平面切割各個構成的直線段，根據距離公式：Cx?=?A·S1/S?+?B·S2/S內插直線段中點的空腐值；其中Cx為所求面c點的空腐數值，A為上表面a點的空腐數值，B為下表面b點的空腐數值，S為a點到b點的距離，S1為a點到c點的距離，S2為b點到c點的距離；同理求出斷面外輪廓線上的空腐值；

（5）根據測點間連線的空腐狀況，確定整個內插斷面空腐狀況；從而完成樹干空腐三維分布數據。