СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КУБАТУРЫ КРУГЛОГО ЛЕСА
METHOD OF MEASURING ROUNDWOOD CUBIC CONTENTS

Изобретение относится к заготовке, обработке и транспортировке лесоматериалов, в частности к измерительным системам, предназначенным для определения объемов круглого леса.
Известен способ измерения объема круглого леса, заключающийся в том, что на стадии фотосъемки на торцы некоторых бревен и стволы некоторых наружных бревен штабеля прикрепляют эталоны известной площади и длины в количестве, достаточном для получения требуемой точности (Патент РФ 2362164, опубл. 20.07.2009, бюл. №20). Эталоны занимают часть соответствующего торца бревна и длины ствола бревна.
Осуществляется фотографирование обоих торцов и боковой поверхности штабеля. Полученные изображения оцифровываются и обрабатываются с помощью компьютера для определения точных границ контуров торцов бревен и эталонов. Далее определяют площадь торцов эталонов и длины штабеля на фотографиях и вычисляют поверхность значений коэффициентов подобия на основании сравнения полученных после обработки снимков размеров эталонов и истинных их размеров. Затем с учетом коэффициентов вычисляют площадь торцов и длину бревен, на основании которых по принятой модели определяется объем лесоматериалов.
Известный способ предполагает установку вручную по периметру штабеля бревен значительного количества шаблонов, что увеличивает трудоемкость способа, а определение объема лесоматериалов по суммарной площади торцов бревен и длине штабеля создает определенную погрешность в расчетах.
Техническим результатом является упрощение способа за счет уменьшения ручных операций на стадии подготовки к фотосъемке и повышение точности результатов измерения, основанных на определении объема каждого бревна в штабеле.
Технический результат достигается тем, что способ измерения кубатуры круглого леса заключается в фотосъемке торцов штабеля бревен цифровым устройством, получении изображений и построении модели штабеля бревен с использованием программного обеспечения. Отличительными особенностями способа является то, что на полученном изображении, по крайней мере, одного торца штабеля производят распознавание контуров торцов всех бревен в штабеле путем отбора объектов по признакам формы и пространственного расположения, а также разности их цветовых характеристик. Из распознанных контуров торцов выбирают, по крайней мере, один шаблонный объект с известными размерами и cpaвнивают известные размеры торца шаблонного бревна и размеры полученного изображения торца этого бревна. На основании полученных данных вычисляют калибровочные коэффициенты, с учетом которых находят площадь торцов всех бревен. Далее определяют ориентацию каждого бревна в штабеле сопоставлением полученных размеров торцов бревен, соответствующих комлю и вершине. С учетом длины штабеля рассчитывают объем каждого бревна и путем суммирования объемов всех бревен определяют кубатуру всего штабеля.
При фотосъемке штабеля бревен цифровое устройство располагают параллельно плоскостям торцов штабеля. Распознавание контуров торцов бревен путем отбора объектов на изображении по признакам формы и пространственного расположения производят с использованием программного обеспечения путем измерения вертикального и горизонтального диаметров и определения их среднеарифметического значения, в соответствии с которым уточняют границы объектов. При этом на основании разности цветовых характеристик объектов на изображении выделяют те из них, которые не относятся к штабелю. Ориентацию каждого бревна в штабеле осуществляют с учетом того, что торец бревна с большим размером принимается за комель, а с меньшим - за вершину.
Калибровочные коэффициенты вычисляют, сравнивая истинные размеры торца шаблонного бревна и размеры изображения торца соответствующего бревна на обработанной программным обеспечением модели штабеля бревен. Площадь торца каждого бревна вычисляют на основании полученных значений диаметров и калибровочных коэффициентов для каждого бревна, а объем каждого бревна определяют на основании полученных значений площади торца комля и торца вершины бревна и его длины.
Способ реализуют следующим образом.
На фиг.1 представлена схема расположения цифрового устройства для фотосъемки относительно штабеля бревен и модель штабеля; на фиг.2 - градиент изображения на фотоснимке; на фиг.3 - фотоснимок после обработки программным обеспечением, по которому уточняются границы каждого бревна.
Цифровое устройство для фотосъемки 1 ориентируют так, чтобы оптическая плоскость 2 соответствовала торцам штабеля, а главная оптическая ость 3 проходила через шаблонный объект 4 для получения изображений, приближенных к копиям торцов штабеля в уменьшенном масштабе, что позволяет построить точную модель штабеля в системе координат фотоснимка (фиг.1). При соблюдении таких условий фотосъемки точно рассчитываются калибровочные коэффициенты, определяющие соотношение единиц измерения объектов на модели, построенной с помощью программного обеспечения, и инструментально измеренных линейных размеров одного или нескольких (при необходимости) выбранных шаблонных элементов (бревен). Далее производят установку цифрового устройства 1, которым осуществляют фотосъемку торцов штабеля бревен. Полученные фотоснимки и результаты измерений шаблонных объектов вводятся в ЭВМ. В ходе обработки фотоснимков программным обеспечением торцы бревен распознаются по признакам формы, как обладающие радиальной симметрией, и по пространственному расположению (фиг.2). Далее по выделенным объектам уточняют границы их контуров на основе анализа градиента изображения с учетом разности цветовых характеристик торцов бревен и фона (фиг.3). Для каждого распознанного торца находится эллипс, который наиболее точно аппроксимирует данный контур и, следовательно, соответствует реальному торцу бревна. Для бревен, торцы которых по визуальной оценке имеют овальную форму, определяют два размера торца - горизонтальный и вертикальный, вычисляют их среднеарифметическое значение и по полученному эквиваленту диаметра вычисляют площадь торца бревна. Далее определяют ориентацию бревен в штабеле на основе построения пространственной модели штабеля, которая представляет собой совокупность отдельных бревен определенной длины и с двумя торцами, соответствующими комлю (нижний торец) и вершине (верхний торец). Выбор пространственного расположения (направления) бревна определяют сопоставлением и связыванием двух торцов, соответствующих одному бревну, на изображениях двух торцов штабеля. Из каждой выбранной пары торцов путем сопоставления и сравнения вычисленных площадей торцов бревен выбирают комель и вершину. Далее любым известным методом (методом усеченного конуса, методом верхнего диаметра и среднего сбега, методом концевых сечений или по таблицам ГОСТ 2708-75) вычисляют объем каждого бревна. Далее, суммируя объемы отдельных бревен, рассчитывают кубатуру штабеля.
При затрудненном доступе к штабелю бревен возможна фотосъемка одного торца штабеля. В этом случае пространственную ориентацию определяют с учетом принципа чередования направления бревен комель-вершина, используемого при укладке бревен в штабель. При этом, если видимый торец бревна распознается как комель, то для расчета площади торца бревна, соответствующего вершине, эквивалентный диаметр торца вычисляют с учетом коэффициента сбежистости:
d=D-s·L, где
d - диаметр торца вершины бревна;
D - диаметр торца комля бревна;
s - коэффициент сбежистости;
L - длина штабеля.
Кроме калибровочных коэффициентов, определяющих соответствие размерных характеристик бревен, применяют поправочные коэффициенты на объем коры и коэффициент сбежистости для всего штабеля бревен.
Предлагаемый способ упрощает процедуру формирования первичной информации, позволяет достаточно точно определить кубатуру круглого леса даже при ограниченной исходной информации (фотосъемка одного торца штабеля). Точность расчетов повышается за счет создания трехмерной модели каждого бревна в штабеле с учетом его пространственной ориентации (комель-вершина), геометрического объема (разности площадей торцов бревна) и сопоставления изображений двух торцов штабеля бревен.