[发明专利]无损测量木材密度的方法和系统

说明书

本发明公开了一种无损测量木材密度的方法和系统，属于测量技术领域。其中，所述方法包括：获取与已知属性的待测木材密度相适应的微波波段；采用所述微波波段内的微波测量所述待测木材；根据从所述待测木材返回的反射微波信号，计算所述待测木材的介电常数；根据木材密度与木材介电常数的关系模型及与所述属性相对应的模型参数，计算得到所述待测木材的密度。所述系统包括探头、微波信号收发模块、数据处理模块、人机接口和控制模块。本发明可以无损测量木材密度，测量范围大、速度快，节约了人力、物力，提高了测量的准确度。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种无损测量木材密度的方法和系统。

背景技术

生物量是一个生态学术语(如针对植物，则专称为植物量)，是指某一时刻、单位面积内实存生活的有机物质(干重，包括生物体内所存食物的重量)总量，通常用kg/m²或t/ha表示。森林生物量约占全球陆地植被生物量的90％以上，是森林固碳能力的重要标志，也是评估森林碳收支的重要参数。森林生物量的快速、准确测量对于林业调查和遥感碳含量监测等研究工作具有重要的意义。

测量生物量的方法有多种，其中，采用蓄积量乘以密度来估算生物量(即生物量转换因子法)是一种常用的方法。

森林蓄积量是指一定森林面积上存在着的林木树干部分的总材积，估测方法相对成熟，并且可以利用遥感的方法进行大范围、多时相的动态监测。

密度的传统测量方法之一称为称重法。国家标准《木材密度测定方法》(GBl993_91)中规定了按照标准采样、制作标准体积的试件，分别测定试件的体积和质量，利用质量和体积之比求得木材的密度。当试验体不规则时，采用排水法，即将试验体放入水中由排出水的容积测定试验体的体积。

密度的另外一种测量方法为近红外光谱测量法，即利用近红外光谱来测量活立木木材密度。具体地，在全光谱波长350～2500纳米范围内，将不少于120个无缺陷的木材样品分为五个含水率不同的区间，并分别采集木材的漫反射近红外光谱。采用排水法测定样品饱水时的体积，用烘干法测量样品的绝干重量，计算样品的含水率和木材密度；建立水分预测模型；分5个含水率区间分别建立密度校正模型；利用已建立的模型分析未知样品的木材密度。

传统测量木材密度的称重法虽然原理简单、易于实践、估测结果精度高，但是需要按照标准采样，制作标准体积的试件，劳动强度大、花费时间长，而且需要直接在原材料上取试样，测量时间长，不利于现场检测。而对于近红外光谱测量法，树木不同切面试样的近红外光谱有较大的差异，对预测精度有较大影响，另外，试样厚度也对预测精度有影响，造成了木材密度测量误差较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对传统木材密度的测量法劳动强度大、花费时间长、测量成本高，而近红外光谱测量法误差大的问题，本发明提出了一种无损测量木材密度的方法和系统，既节约人力、物力和测量时间，又提度测量精度。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种无损测量木材密度的方法，其中，包括以下步骤：

获取与已知属性的待测木材密度相适应的微波波段；

采用所述微波波段的微波测量所述待测木材；

根据从所述待测木材返回的反射微波信号，计算所述待测木材的介电常数；

根据公式(1)所示的木材密度ρ与木材介电常数的关系模型及与所述属性相对应的关系模型参数，计算得到所述待测木材的密度；

ρ＝a₀+a₁ε₁+a₂ε₂+…+a_nε_n (1)