[发明专利]一种活立木树冠风载荷的测试方法及其检测装置

说明书

本专利发明一种活立木树冠风载荷的测试方法及其检测装置，其中，该测试方法步骤如下：(1)测量待测活立木树高、胸径、树冠面积等参数，计算惯性矩并获得弹性模量，测量待测活立木上风力集中作用点到地面之间的第一距离；(2)安装应变传感器，获得传感器到地面的第二距离；(3)获得应变测量值；(4)根据所述待测活立木的树高、弹性模量、截面惯性矩、第一距离和第二距离获得等效风载荷大小。本发明是基于树干底部应变与树冠受风载荷的关系得到的一个力学模型。本发明提出的检测装置内封装了前述的力学模型，在外界风力的作用下，无需使用其它的测量装置，就能获得树冠风载荷大小。

技术领域

本发明属于林业无损检测领域，尤其涉及一种活立木树冠风载荷的测试方法及其检测装置。

背景技术

活立木指土地中生长着的未经砍伐的树木和竹木。随着年龄的增加，其生长趋势会减弱，抵御外界自然灾害的能力也会下降，容易在强风作用下发生树干折断、树木连根拔起、枝条折断等损坏现象。为保护树木和避免上述损坏现象的发生，需要对树木进行恰当的安全性评估。目前活立木安全性评估主要借助应力波检测、超声波检测、X射线检测、微钻阻力检测和斜拉法检测等无损检测技术，评估树干、树冠的最大承载力，从而对稳定性不足的树木有针对性地进行加强和保护，避免发生损坏。

风力作用在活立木树冠上，形成的力矩被传递到树木根部，此力矩超过树根的承受极限时会发生树干折断或者树木连根拔起等损害。因此，测量树冠风载荷是评价树木稳定性的基础。目前已有测量活立木树冠风载荷的方法为斜拉法，即在被测树木上施加一定的侧向拉力模拟风载荷，同时测量树干倾角和应变的大小。然而该方法在实施过程中存在一些不足，例如需用绞盘、钢索等装置进行侧拉，这些装置较为笨重，对使用场地有较高的要求，在复杂环境当中难以展开测量工作；另外现有传感器价格昂贵，续航时间较短，且内部存储数据导出过程繁琐，通用性较差。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出了一种活立木树冠风载荷的测试方法及其检测装置。本发明提出的一种活立木树冠风载荷的测试方法是基于树干底部应变与树冠受风载荷的关系得到的一个力学模型。本发明提出的检测装置内封装了前述的力学模型，在外界风力的作用下，无需使用其它的测量装置，就能获得树冠风载荷大小。所述的检测装置包含适用于活立木应变测量的应变传感器和辅助安装器件如安装钢针、传感器安装定位孔限位手柄。所述的应变传感器配有特制外壳，内部安装有电路板、光栅尺、锂离子电池等部件，使用螺母预紧安装孔中的钢针将传感器安装在树干合适的位置，可实现树木应变量的测量与测量结果的存储。所述的安装钢针为长度10cm、直径4mm的圆柱形钢钉，所述的安装定位孔限位手柄是一个截面为正方形的长方体，两端有与安装钢针等直径的圆孔，且两孔的距离与应变传感器安装定位孔的间距相同。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种活立木树冠风载荷的测试方法，其包括如下步骤：

S1，对待测活立木的高度、树冠面积、胸径进行测量，根据所述待测活立木的树种获得弹性模量，根据所述树冠面积和所述胸径获得截面惯性矩，测量所述活立木上风力集中作用点到地面之间的第一距离；

S2，在所述待测活立木上安装检测装置即应变传感器，并获得所述应变传感器到地面之间的第二距离；

S3，通过所述应变传感器根据如下公式检测应变测量值：

X＝[(Sum1×65535+Count1)-(Sum2×65535+Count2)]×0.25 (1)

其中，X为应变测量值，Sum1为第一定时器的溢出次数，Sum2为第二定时器的溢出次数，Count1为第一定时器计数寄存器的当前值，Count2为第二定时器计数寄存器的当前值；

S4，根据所述应变测量值，所述待测活立木的长度、弹性模量、截面惯性矩，所述第一距离和所述第二距离获得等效风载荷大小。