[01244815]林木品质快速检测与精准管理技术装备研发

我国的林木品质及树木生长过程缺乏快速有效的无损检测和管理手段，本项目围绕林木品质快速检测及精准管理技术与装备，重点开展了林木品质应力波无损检测、基于空气耦合的木质板材超声波无损检测、树木长势动态监测及肥水药精准管理等关键技术和设备的研发，实现了林木品质快速无损检测和树木生长的精准管理。

主要创新成果如下：（1）研究了不同种类树木叶片-冠层的反射波谱特性及时空分布动态变化规律，建立了基于可见/近红外光谱、多光谱成像及热红外成像的树木叶片及冠层长势和病害信息快速诊断模型，实现了树木生长长势和病害信息的动态监测。

提出了光谱与成像技术相结合的苗木养分及冠层养分分布检测方法，实现了苗木果树长势信息分布可视化。研发了集苗木果树生长环境信息-土壤信息-气象信息-肥水药管理信息于一体化的苗木精准管理系统，开发了自走式园林精准施肥耕整机、便携式树木剪枝机、树木病虫害动态监测与预测预报系统，实现了苗木生长关键时期的养分获取、病虫害诊断、肥水药精准施用。

（2）建立了应力波在树木内部横截面和纵截面上的传播速度模型;研发了基于速度误差校正和曲线路径跟踪的应力波二维断层成像算法，基于传感器随机立体部署的树木三维图像重建算法;研发成功国内具有自主知识产权的林木品质快速无损检测仪从理论上分别证明了应力波在健康树木内部横截面和纵向径切面内的传播速度与传播方向角之间逼近二次抛物线关系，并通过大量真实的原木和活树无损检测实验验证了该模型的正确性。

本项目提出的树木横截面断层成像算法比以往算法具有更高的缺陷检测精度，提出的三维断层成像算法充分利用了应力波纵向传播的信息，克服了传统算法仅依据二维图像进行空间插值的局限性，使得生成的三维图像更具真实感。

本项目研发的便携式林木无损检测仪，实现了对林木内部缺陷的高精度、快速的检测。研制的林木品质快速无损检测仪适用于活立木和木质材料的品质检测，林木内部腐朽、空洞等缺陷判定准确率达到100%，内部缺陷面积检测准确率大于95%。

（3）针对木质板材小缺陷检出率低、大面积板材检测速度慢、无法定量地检测缺陷大小等难题，国内首次将空气耦合超声波技术应用于木质板材的无损检测。

建立了”木材/空气“两相介质分界面处超声波衰减与待测材料参数间的耦合模型，提出了基于参考信号调制运算的超声波传播参数估计方法;提出了木质板材的稀疏采样扫描成像方法;提出了基于自适应子块特征的木质板材缺陷定量检测方法;研制了集超声波扫描、快速成像、缺陷诊断于一体的木质板材空气耦合超声波缺陷检测装备，实现了木质板材缺陷的自动识别与定量检测。

本项目共获授权发明专利11项、软件著作权6项，发表论文35篇，其中被SCI/EI收录16篇。

专家鉴定认为，该成果的技术水平总体达到了国际同类研究的先进水平，其中在应力传播速度模型、基于曲线路径跟踪的木材断层成像算法等方面处于国际领先水平。

相关成果在北京、上海、山东、江苏、浙江等地进行了推广应用，在北京天安门、宋庆龄故居、恭王府、天坛等著名古建筑保护工程，以及江苏、浙江等地古树名木的健康监测项目中得到实际应用，取得了显著的社会、经济和生态效益，推广应用前景广阔。