[发明专利]一种圆竹分级方法

说明书

本发明提供一种圆竹分级方法，包括：测量多个圆竹试样的胸径和基本密度；根据多个圆竹试样的胸径和基本密度，采用K‑均值聚类分析算法，对圆竹进行径级分级和密度分级。本发明提供的圆竹分级方法，对圆竹进行径级和密度分级，根据不同的径级等级尺寸和密度确定圆竹的加工方案和用途，密度低、径级小的圆竹可以用作制备地板用、家具用和装饰用等非结构材料，而强度高的圆竹可以制备桥梁和建筑构件用的结构材料。选择相同密度等级的圆竹作为原材料制备的板材或结构材，实现材料的可设计和性能均匀，从而研发出质量稳定的圆竹产品。同时，也通过不同径级等级的圆竹确定出合理的加工方案，将毛竹利用率提高5％，实现圆竹应用价值的最大化。

技术领域

本发明涉及竹类应用领域，特别涉及一种圆竹分级方法。

背景技术

我国是世界竹类起源的中心，无论是竹子的种类、面积、蓄积量，还是年采伐量均居世界之首，而毛竹产量占我国竹材总产量的2/3以上。竹子具有很强的更新能力，可在2-4个月内完成高生长，且竹材一次造林可持续利用，圆竹的强度高、韧性好、硬度大，具有较好的强重比，能够替代木材在建筑、家居等领域被广泛应用。

在竹产业快速发展的今天，利用不同尺寸的圆竹单元制备了竹篾层积材、竹集成材、重组竹等产品。然而，中国毛竹分布区域广泛，有研究认为不同立地条件如土壤、立竹度、坡度、坡向、坡位、郁闭度、水分、光照、海拔等因素，对圆竹秆形、壁厚、密度、材性均有一定的影响。

目前，还没有关于圆竹分级的相关报道。在国内外圆竹加工产业中，根据不同的用途，竹杆都是通过经验或者目测观察进行比较粗放的挑选，没有专业上的分级研究和技术支撑；由于圆竹形状尺寸和性能的变异性，毛竹圆竹胸径等级分布范围6-15cm，不进行科学分级，会导致圆竹加工的出材率低、优质圆竹不能优化利用；以及密度和性能不均一的圆竹单元混用带来的圆竹产品性能不稳定和整体强度下降，以至于使用过程中产品开裂和减少使用寿命等问题。

发明内容

本发明为解决现有技术出现的圆竹利用不够科学、原材料利用率低，产品性能不均一的缺陷，提供一种圆竹分级方法，包括：

测量多个圆竹试样的胸径和基本密度；

根据所述多个圆竹试样的胸径和基本密度，采用K-均值聚类分析算法，对圆竹进行径级分级和密度分级。

其中，所述径级分级包括：

测量多个圆竹试样的胸径，将所述多个圆竹试样的胸径作为样本进行初始化分组，指定类别数的初始聚类中心，将样本分配给距离其最近的中心数值，样本从而形成不相交的聚类，然后经过15-20次的迭代和聚类，对样本进行重复的分组和确定中心，得到最终胸径的分级水平和等级结果。

其中，所述采用K-均值聚类分析算法，对圆竹进行径级分级具体包括：

从圆竹胸径的数据集中任意选取k个赋给初始的聚类中心d₁，d₂，……，d_k；

式中：——代表圆竹胸径的数据集，共有N个样本数；D为胸径，mm；D_n为第n个圆竹胸径值；K为选择的初始聚类中心的数量；d₁，d₂，……，d_k为聚类中心的胸径的数值；

对胸径数据集中的每个竹子的胸径样本点D_i，计算其与各个初始聚类中心d_j的欧式距离d_ij计算公式如下：

第i个样本胸径与初始的聚类中心点d_j的欧式距离为：

并获取其类别的标号：label(i)＝arg_jmin||D_i-d_j||²，i＝1，2，……，N；j＝1，2，……，k；