成 果 简 介

应用场景

活立木无损检测。需要在待检测的活力木检测部位四周均匀地布置上检测探针，需要现场收集数据，并进行软件反演运算根据结果进行无损检测判断。现场需要携带检测设备，笔记本等设备。

主要解决的问题

随着我国经济的快速发展，各种资源的消耗量也在日益增长。而木材作为一种不可或缺的材料，其可用量却逐年降低。因此如何提高可用木材的利用率，是目前亟待解决的重要问题。据统计，2015年我国的木材综合利用率仅为65％，在芬兰，这个数字达到了99％。通过木材检测等手段合理分配木材去处，提高木材利用率，能够在一定程度上缓解我国对于木材的需求。超声波以及应力波和红外成像等检测手段在木材无损检测领域中都有了一些尝试和应用。然而这些技术在木材无损检测中虽然各具特色，但也都明显存在一些不足。超声断层成像检测技术能够用来检测树木内部的腐朽情况，包括腐朽位置和大小、性状，但该方法在使用前需将树皮剥去，这就使得树木容易被真菌感染。应力波层析成像属于以射线理论为基础的波速走时成像。该方法采用多个传感器，因此能够很好地反映木材内部腐朽情况，但其容易把细小开裂误判为小面积腐朽，且严重腐朽和空洞的区分精度也不高。红外成像探测法是一种应用红外放射来测量物体的散热量的成像技术，在林业上的应用也比较困难，在检测时每次测量都需要与周围的温度进行比较，并且随时用环境热梯度来校准，其价格昂贵且使用要求高，不适合大部分的木材检测使用。

技术要点

本案例受电阻断层成像技术启发，提出一种基于电阻断层成像技术立木探伤方法并进行了系统设计。电阻断层成像技术实际上是医学工程中电阻抗断层成像。电阻抗断层成像在两相流体成像方面的技术日趋成熟，在地质探测和医学人体生理特征的检测成像上已得到很多应用。然而应用电阻断层成像技术实现立木探伤检测却鲜有报道。电阻断层成像技术是一种典型的无损检测方法，其基本原理是当立木内部的电导率发生改变时，能够造成立木表面区域边界电压的波动，并且这种影响是存在规律的。这一现象的存在为我们基于电阻抗成像技术的立木无损探伤系统的实现奠定了基础。为了实现检测活立木内部早期腐朽的情况，案例中设计了基于电阻断层成像技术的立木探伤检测系统，主要有以下３点创新。

１）该系统利用AD9850芯片产生恒流源信号，同其他以单片机和FPGA为核心芯片的系统比较而言，信号稳定性更强、运算速度更快。

２）该系统使用了AD820芯片、双级放大模块以及AD637模块进行边界有效电压值的采集，具有放大倍数自动调节且采集精度高的特点。

３）文中提出的利用等位线反投影算法对边界电压值进行分析，能很好地完成立木内部电阻率成像显示，试验证明该方法的检测准确度更高且便于实现。

主要技术指标

（1）研发立木内部腐朽电阻断层成像关键设备（样机）1套；

技术指标含：①电阻传感器8-12个；②可便携，质量小于12kg；③测量立木径级20-200cm。

（2）开发立木内部腐朽电阻二维断层成像软件包1个，申请软件著作权1项；

应用成效

电阻断层成像技术在立木腐朽的检测方面具有一定的优势，特别是能在立木的腐朽变色的早期就能检测出来，为防止立木腐朽扩大、减少木材损失提供依据。电阻断层成像技术能够得到立木截面的图像，进而可以对早期腐朽的位置和大小进行定量判断，实现早期腐朽区域可视化检测。该案例的成功实施有效保护有限森林资源，提高森林资源质量，进而降低森林资源损失该案例已得到国家国家林业局948项目项目号2014-4-78《便携式立木腐朽电阻断层成像关键技术引进》以及中央高校基本科研业务项目号为2572017EB02《基于群智能算法EIT木材内部腐朽检测问题研究》的资助，已经在所在单位的帽儿山实验林场进行了现场测试实验效果很好，现场测试如图所示。

此外，我们还在黑龙江省带岭林业实验局建立试验点，利用创新研制的立木内部腐朽电阻断层成像设备对主要树种立木样本进行试验检测，一方面建立并储备电阻信息数据库，一方面则指导森林经营实践。同时，结合前期应用应力波、阻抗仪等成熟无损检测技术，对东北地区的珍稀树种，如红松、水曲柳等，进行早期腐朽健康监测，为珍贵稀有树种的保护和合理经营提供科学依据。

在此期间，举办相关技术培训充分发挥试验点的辐射作用。

适用范围

因为采用的是无损检测技术，因此适用于各种树木的立木腐朽检测，特别是对东北地区的珍稀树种，如红松、水曲柳等，进行早期腐朽健康监测，为珍贵稀有树种的保护和合理经营提供科学依据。

联 系 人：孟庆焕

联系电话：0451-82190721