基于射线分割的林木应力波断层成像算法

【目的】提出一种基于射线分割的林木应力波断层成像算法,研究应力波在林木横截面上的信号分布情况,提高应力波断层成像精度,准确反映林木内部缺陷的位置、大小和腐朽程度。【方法】选取4株原木样本(松树、乌桕)和4株活树样本(香樟、圆柏、柳树)进行应力波断层成像试验,利用FAKOPP应力波检测仪采集样本横截面应力波数据。首先校正采集的应力波速度,绘制应力波传播射线图,对成像区域进行网格划分;然后分割每一条应力波传播射线,基于已知射线传播速度估算待分割射线上多条线段的速度,增加应力波信号量,得到改进的应力波传播射线图;最后根据改进的应力波传播射线图估算成像区域内网格单元的速度,结合图像处理方法,生成断层图像。为验证算法的可行性,使用Resistograph微钻阻力仪评估活树内部健康状况。【结果】基于射线分割的林木应力波断层成像算法能够较准确地重建4株原木样本的断层图像。使用Resistograph微钻阻力仪对活树进行多路径钻探,与阻力曲线图相比发现,基于射线分割的林木应力波断层成像算法生成的断层成像具有较高精度。【结论】基于射线分割的林木应力波断层成像算法可提高初始网格单元速度的准确性和相关性,能够实现林木内部缺陷的高精度成像,适用于林木无损检测。     

基于应力波和阻抗仪技术的旱柳内部腐朽定量检测

利用应力波和阻抗仪两种仪器对旱柳行道树内部腐朽情况进行检测,应力波法每个断面采用10~12个传感器,阻抗仪法每个断面测试2~4个方向。结果表明：由应力波断层扫描得到的二维图像和由阻抗仪得到的阻力曲线均能较准确地反映活立木内部腐朽的位置、程度等状况,两者对应关系较好;阻抗仪每个测试方向的平均阻力与相应方向应力波传播速度之间呈现一定相关性,相关系数 r ﹥0.5;每个测试断面上的整体平均阻力与应力波平均传播速度之间有显著的相关性,相关系数 r ＝0.817。这为联合两种仪器的检测结果制定一个表征立木腐朽程度的量化指标奠定了基础。     

东北林区典型树种内部心腐材积的量化检测

为分析活立木心腐材积损失变化规律及材积与胸径的关系,利用Arbotom应力波测试仪对带岭凉水国家自然保护区内红松(Pinus koraiensis)、旱柳(Salix matsudana)、山杨(Populus davidiana)、水曲柳(Fraxinus mand-schurica Rupr.)等4种活立木不同高度处144个断面的腐朽状况进行检测,获取每个断面的树干直径和应力波断层图像。根据应力波断层成像,筛选出存在心腐的断面共78个,利用Envi 5.0最大似然法对心腐断面进行分类并计算断面腐朽面积,据此模拟出活立木内部腐朽的立体模型,然后通过分区段求材积法估算其腐朽材积。在此基础上,对活立木心腐材积变化规律及材积与胸径的关系进行统计分析。结果表明:活立木心腐面积随高度的增加呈递减趋势;活立木心腐材积与胸径之间存在显著的正相关性(R=0.618,P=0.0000.01),胸径越大,活立木心腐材积比例也增大。     

电阻测试法在立木腐朽检测中的应用研究进展

我国的木材需求巨大,但是木材利用率有待提高.木材无损检测技术可以很好地提高木材利用率,增加经济效益.电阻测试法对于立木早期腐朽变色具有良好的检测效果,而且使用方便快捷.介绍电阻测试法的基本原理,对针式探测法、四点检测法和断层成像法3种电阻测试法的研究进展进行分析和总结,在此基础上对电阻测试法在立木腐朽检测中的应用可行性进行探讨.     

地形和土壤因子对红松活立木腐朽的影响

【目的】探究地形因子和土壤因子对红松活立木腐朽的影响,进一步阐明腐朽木的分布规律,为保护和可持续利用森林资源提供理论依据和基础数据。【方法】依托黑龙江丰林国家级自然保护区30 hm²典型阔叶红松林动态监测样地,选取62个样方内共329株红松活立木,其中小树(10 cm≤DBH <30 cm)73株、成年树(30 cm≤DBH <50 cm)104株、老龄树(DBH≥50 cm)152株,采用阻抗仪检测法判断样木是否出现腐朽,并对样树周围的土壤理化性质和地形因子进行测定分析。在单木水平上,应用曼-惠特尼秩和检验比较健康木与腐朽木立地土壤理化性质差异;在样方水平上,利用斯皮尔曼相关分析探究土壤因子与腐朽率的关联性,采用克鲁斯卡尔-沃利斯检验和Bonferroni法两两比较研究地形因子对腐朽率的影响,选用典范对应分析研究不同龄级红松活立木腐朽分布情况。【结果】1)红松活立木平均腐朽率为35.87%,其中小树、成年树、老龄树的腐朽率分别为42.1%、39.2%、29.2%; 2)腐朽木所处环境的土壤全碳含量显著低于健康木,铵态氮含量显著高于健康木(P<0...     

基于应力波的活立木力学特性无损检测研究进展

活立木力学特性无损检测是科学评价森林质量的基础,为合理制定采伐作业时间、原木分级和木材高效利用提供有效依据.介绍应力波无损检测的基本原理以及基于应力波的活立木力学特性无损检测的研究进展,分析影响应力波在活立木中传播的因素,在此基础上阐述木材力学特性变化的原理以及基于应力波技术的木材力学特性季节动态变化检测的现状和意义,提出应力波检测活立木性质存在的问题,针对其存在的问题提出几点建议.     

应力波断层成像诊断木材内部缺陷

采用应力波断层成像技术对杉木和胡杨木材内部缺陷进行检测,结果表明3种诊断方法均能对木材缺陷进行有效诊断,通过波速矩阵二维图像重构,能够直观显示缺陷部位、大小及形状等信息;断层图像能为树干危险性评价提供依据,但腐朽与空洞界线尚未能准确区分;应力波在健康木材断面传播途径呈规律性,在缺陷出现处应力波波速明显降低,且传播无规律性。     

基于应力波与X射线二维CT图像原木内部腐朽无损检测

木材无损检测技术是在20世纪60年代后逐步兴起的对木材性质进行非破坏性检测的技术,如今该技术已多达几十种,产生了多种多样的木材无损检测方法。为了更好地运用这些方法,找出它们的优缺点,有必要对它们检测木材内部缺陷进行试验和评价。同时使用应力波和X射线两种方法对原木内部腐朽进行检测,结果表明：应力波和X射线二维CT图像都能检测出原木内部腐朽,显示出腐朽的区域,而且能利用图像计算出腐朽区域的面积。两种方法计算出的腐朽区域的面积准确度φ都较高,但是应力波二维CT图像在其他许多方面逊于X射线二维CT图像：应力波二维CT图像对腐朽区域形状的显示不够准确,不能根据图像辨别出腐朽的严重程度,利用图像确定腐朽面积效率很低;X射线二维CT图像对腐朽区域形状的显示与实际较吻合,可以根据图像辨别出腐朽的严重程度,利用图像确定腐朽面积效率高。但是X射线仪器笨重不便携,而应力波检测仪轻快便携。     

立木与原木内部腐朽二维成像检测技术研究进展

随着数字技术和计算机技术的迅速发展,超声波断层扫描、应力波断层扫描、电阻成像检测、地探雷达、红外成像和射线等无损检测技术及设备也有新的发展.本文着重论述国内外立木腐朽二维成像检测方法及其应用以及常用的无损检测仪,为无损检测技术在我国立木腐朽检测中的应用提供参考.     

弹性波层析成像技术检测活立木腐朽

介绍弹性波层析成像技术应用于活立木内部缺陷检测的研究现状,阐述弹性波的产生、传播途径和成像原理,总结该技术在应用中出现的问题.并使用弹性波层析成像技术对美国林务局纳西比特营地脂松活立木进行检测.结果表明:弹性波层析成像技术能够模拟出不规则树干形状并以二维图像方式直观地显示立木腐朽部位、程度、大小及形状等情况.基于此方法发展的设备,具有检测方便、有效、实用性强等特点.     

基于非对称椭圆的应力波木材缺陷断层成像算法

木材中的空洞、腐朽等缺陷在很大程度上影响着木材的力学性能。为实现木材内部缺陷的无损检测,提高木材利用率,提出了一种基于非对称椭圆的木材应力波无损检测算法。选取3个不同缺陷的原木样本作为实验材料,其中两个分别为位于中心以及边缘的人工圆形缺陷,一个为偏边缘的自然缺陷,采用自制的应力波检测设备获取木材截面内的波形数据。首先根据得到的射线速度值计算分段后的线段和交点的速度值,并进行校正;然后计算射线两侧不同的控制系数,确定射线影响区域;最后根据网格单元的速度值生成断层图像。数值仿真与实测结果表明,基于非对称椭圆的应力波断层成像算法能够精确地检测出原木样本的缺陷。从重建的断层图像可以看出：与基本椭圆插值方法相比,提出的算法能够更清晰地显示缺陷的大小及位置,应用混淆矩阵定量分析,在准确率、精确度和查全率3个参数指标上分别有7.46%,4.04%和22.24%的提升。基于非对称椭圆的木材应力波无损检测算法可以提高断层图像的精度,准确反映缺陷情况,对于木材缺陷的无损检测具有较好的参考作用。     

应力波用于木材和活立木无损检测的研究进展

在简单介绍应力波无损检测技术的基本原理、特点以及目前应力波主要的检测设备同时,对国内外应力波无损检测技术在木材和活立木领域的研究进展做了叙述,分析了现阶段应力波无损检测技术存在的问题,并对应力波无损检测技术进一步发展做了展望。     

基于针刺仪测定技术的湿地松木材密度间接选择效果

【目的】木材密度是林木重要的经济性状,在广东湿地松第2轮遗传改良中被列为目标性状之一。本研究比较了针刺仪与传统体积法在评价湿地松木材密度上的效果,分析了湿地松材性与生长性状的遗传变异规律,为选育速生优质的湿地松种质提供理论与方法。【方法】以广东省台山市18年生的32个湿地松自由授粉家系为材料,在测定林中对活立木木材阻力与去皮直径进行快速测定;并在同一株树上利用生长锥钻取木芯,以体积法测量木材基本密度。利用Asreml统计软件对研究性状间的相关性、性状的遗传力、选择效率等进行估算。【结果】1)单株木材阻力与木材密度在单株水平上呈表型正相关(0.659),为此建立了利用木材阻力原值预测木材密度的线性回归方程(模型R~2=0.393)。2)木材密度与木材阻力的遗传相关性更强(0.738),二者在家系水平受到中等程度的遗传控制;木材阻力的家系平均遗传力(0.618)高于木材密度的家系平均遗传力(0.410)。利用木材阻力值进行家系水平的间接选择,其间接选择效率为91%。表明可以利用针刺仪法进行湿地松木材密度的间接选择。3)为了消除针刺仪刺入木材过程中由于摩擦引起的阻力值上升趋势,在数据分析前,对阻力值做了校正。校正阻力值的遗传力,其与木材密度的表型与遗传相关无明显提高。4)湿地松的去皮直径遗传力在家系水平为0.596,去皮直径与木材密度和木材阻力无显著的遗传相关性,但表型相关达到显著水平,分别为0.272和0.493。这暗示着,改良湿地松生长性状,不会降低木材的密度。【结论】针刺仪法具有快速、无损、相对准确的优点,可用于湿地松活立木木材密度的间接评价与去皮直径的测定,在湿地松材性与生长性状的遗传改良中可发挥重要作用。在根据木材材性或生长性状选择湿地松优良个体中,为获得较可靠的选择效果,宜采用家系选择+家系内单株选择的合并选择方法。     

人工林活立木材质应力波无损检测研究进展

应力波无损检测是检测和评估人工林活立木材质的主要手段之一。对该项技术的国内外研究进展情况进行了总结分析,指出这些研究主要集中在三个方面,即应力波传播机理研究、力学性能检测和预测研究,以及木材内部缺陷检测研究。     

立木电阻断层成像检测激励源的改进设计

为提升活立木内部早期腐朽检测电阻断层成像数据采集系统的性能,为电阻断层成像数据采集系统设计一种稳定性更好、带负载能力更高的激励源电路。与之前的激励源电路相比,该激励源电路主要是通过差分放大子电路以及恒流源子电路的改进设计实现的整体激励源电路性能提升。并通过电路仿真软件Multisim的仿真以及实际电路测试的方法,对该激励源电路的信号频率稳定性、负载稳定性以及温度稳定性等主要性能参数进行分析。仿真结果与实际电路测试结果表明:改进设计的激励源电路比原设计的激励源电路性能在信号频率稳定性、负载稳定性上均得到很大的提升,但在电路实际工作时的温度稳定性区别却不是很大。从整体上来说,还是实现了提高电阻断层成像数据采集系统性能的最终目的。     

应力波在旱柳立木内的传播规律分析及其安全评价

应用应力波对东北林业大学校园内的40株旱柳进行检测,获取样本树120个横断面的二维应力波图像及波速矩阵.依据图像,把立木横断面腐朽状况分为尤腐朽、心腐、边腐、心腐边腐共存断面等4类.进一步分析表明:应力波在健康立木横断面内径向传播速度最快,并且波从某一传感器到其余传感器(按顺时针计)的速度变化是先增后减的趋势;立木腐朽会导致应力波传播速度降低,应力波在心腐立木横断面内传播趋势不是先增后减,而变成非常平坦的曲线.因此,可以利用应力波波速的变化来对立木内部腐朽进行估计.另外,根据应力波检测成像结果可以识别腐朽面积及位置,并能够依据断面t/R值对旱柳行道树的安全性进行初步评价.     

基于无损检测技术的湿地松生长及材性性状遗传变异分析

【目的】基于无损检测技术研究湿地松活立木基本密度(ρ)、弹性模量(MOE)和生长量的遗传变异规律及其遗传和表型相关关系,在保证生长量遗传改良的同时加强木材物理力学性质的选育力度,为速生优质湿地松人工林建设提供种质基础。【方法】以浙江杭州长乐林场22年生湿地松半同胞家系测定林为研究对象,采用木材阻力仪Pilodyn和应力波测量仪Hitman等无损检测仪器测定2 000多株湿地松活立木ρ、MOE等物理力学性状,采用测杆等标准测具测定对应单株的枝下高、冠幅、分枝大小、分枝角以及树高和胸径等形质和生长性状,并通过ASReml-R软件混合线性模型的限制性极大似然估计法(REML)对各性状进行方差分析、遗传力估算和相关性分析。【结果】1)弹性模量相对值MOEP与应力波速v之间呈极显著(P0.001)遗传相关(R=0.947 0±0.020 1)和表型相关(R=0.948 0±0.002 7),与基本密度相对值ρP之间呈显著(P0.01)遗传(R=-0.447 0±0.154 0)和表型(R=-0.538 0±0.019 1)相关,以v对MOEP进行间接选择,其有效性达到了97.42%。2)材性性状的遗传力在0.292 0~0.305 0之间,生长性状遗传力在0.062 5~0.216 0之间;以1%的选择强度计算,材积和MOE能获得30%的遗传增益。3)树高、胸径、材积、冠幅和分枝大小两两之间均呈显著的(P0.05)遗传正相关关系,枝下高与树高正相关,分枝角与分枝大小负相关,但相关不显著,而胸径、树高、枝下高、材积、冠幅和分枝大小两两之间均具有极显著的表型正相关性;材性和生长性状之间普遍存在着显著的表型相关关系(P0.05),但遗传相关不显著。【结论】仅利用应力波速v即能快速评估群体内每木弹性模量(MOE)相对大小,比传统上仅用木材基本密度(ρ)评估MOE效果更好;ρ和MOE受中等程度的遗传控制,其遗传力明显高于生长性状;材性与生长性状之间遗传相关不显著,能够实现两类性状的同步遗传改良。     

褐腐对木材电阻的影响

为探究褐腐对木材电阻的影响,以落叶松为研究对象,用褐腐菌对木材试件进行了接种感染,然后测试了腐朽试件的电阻,观察了腐朽样品的微观结构和金属离子浓度,并分析了试件样品的主要化学成分。结果表明:1)褐腐后,木材电阻变化显著,特别是腐朽的初期;2)腐朽程度Es与电阻变化率Ed呈对数曲线关系,曲线回归模型中电阻变化率Ed和质量损失率Es高度相关(R=0.81,P <0.01);3)微观结构中,褐腐后菌丝渐渐生长至密集,木材试件的金属元素含量和各种金属元素浓度总体上都是呈现上升的趋势;4)相关分析表明,腐朽后木材电阻和离子浓度呈显著正相关关系,而与相对结晶度之间不存在显著的相关关系,说明褐腐后电阻变化的主要原因是由于金属元素的含量变化引起的。     

木质材料无损检测的应用与研究进展

木质材料无损检测主要包括缺陷无损检测和力学性能无损检测两个方面,其无损检测基本方法主要有应力波法、机械应力变形法、振动法、微钻阻力法、射线法、雷达波法等。笔者先从检测原理入手对目前常见的木质材料内部缺陷和力学性能无损检测方法作了归纳,同时对木材和人造板内部缺陷和力学性能无损检测的应用和研究现状进行了归纳分析。木材和活立木无损检测技术发展较快,锯材和单板应力分等技术已有较为完善的检测设备,在发达国家已被广泛应用;古建筑木构件和活立木内部缺陷无损检测实际应用也较多,但在检测精度和效率提高方面仍有广阔的发展空间。人造板无损检测的研究近年来主要集中在力学性能检测方面,实际应用较少。对已经有较好应用的无损检测技术,下一步科研的目标应是进一步提高检测精度和效率;对尚处在科研探索阶段的无损检测技术,下一步仍应从基础理论完善和技术实现角度坚持工作。     

古建筑木构件缺陷检测方法发展现状

木材缺陷是在木材应用中存在的一个不能忽视的问题,它影响了木构件的外观及其力学性能,最终决定该木结构是否能够继续使用。如何及时、有效的检测出古建筑木构件中的缺陷,探索到合理的检测方法,一直都是科研者共同的研究方向。根据检测机理的不同分别介绍一系列无（微）损检测方法,如传统检测法、应力波检测法、皮罗钉检测法、超声波检测法、微钻阻力检测法、应力波断层成像检测法,以及它们在古建筑缺陷检测中的应用,同时对这些方法的研究现状和发展趋势进行了总结。