[发明专利]树干冻融阻抗图像实时检测方法与系统

权利要求书

1.一种树干冻融阻抗图像实时检测方法，其特征是，包括如下步骤：

1)构建基于树干阻抗特性的多频率扫频法，制作包括多个锥形不锈钢电极的测量探头，并基于测量探头建立两端混合驱动激励方法，用于获取树干横截面冻融阻抗特征信息数据；

2)对步骤1)获取的树干横截面冻融阻抗特征信息数据进行正则化处理，对阻抗特征信息数据进行二维图像重构，并采用正则优化算法进一步修正重构的二维图像，得到树干冻融阻抗二维图像；

3)利用环境实时温度信息，对步骤2)得到的树干冻融阻抗二维图像进行修正，得到树干冻融阻抗图；包括：

用符号函数对环境实时温度信息分类为冻融环境与非冻融环境；

对在非冻融环境的树干冻融阻抗二维图像进行归一化处理；保留冻融环境下的树干冻融阻抗二维图像，并结合温度信息进行图像优化，得到树干冻融阻抗图；

4)建立基于冻融阻抗图像的树干冻融信息实时感知模型，计算树干在越冬期的实时冻融程度及冻融深度；包括：

基于步骤3)得到的树干冻融阻抗图获取树干冻融实时信息，通过实时计算树干冻融阻抗图中冻融区域的面积与总面积之比获取树干冻融程度百分比；树干冻融程度百分比越大表明树干内部冻结越严重；

进一步实时计算单位时间内冻融阻抗图中冻融区域的面积的变化速率，即得到树干冻融速率；当树干冻融速率为正值时表示冻结过程中的速率，当树干冻融速率为负值表示融化过程中的速率。

2.如权利要求1所述树干冻融阻抗图像实时检测方法，其特征是，步骤1)具体制作16电极测量探头；所述16电极测量探头包括16个锥形不锈钢电极；16电极测量探头频率设置为10KHz-100KHz频率范围；按照预设频率间隔进行多频率扫频测量阻抗，每个频率下对所述16电极测量探头建立两端混合驱动激励方法，即16个电极中按照不重复组合方式任选2个电极组成激励电极，获取两个电极间的树干横截面冻融阻抗值数据。

3.如权利要求2所述树干冻融阻抗图像实时检测方法，其特征是，具体按照间隔10KHz的预设频率间隔进行多频率扫频测量阻抗。

4.如权利要求1所述树干冻融阻抗图像实时检测方法，其特征是，步骤2)具体采用广义矢量匹配算法对阻抗特征信息数据进行二维图像重构；并采用Tiknonv正则优化算法进一步修正重构的二维图像。

5.如权利要求1所述树干冻融阻抗图像实时检测方法，其特征是，步骤4)所述树干冻融程度百分比的计算具体如下：

式中，σ为树干冻融程度百分比指数；S_ice为冻融阻抗图中冻融区域的面积，S为冻融阻抗图中树干总面积。

6.如权利要求1所述树干冻融阻抗图像实时检测方法，其特征是，步骤4)所述树干冻融速率具体计算如下：

式中，δ为树干冻融速率，S_ice′为t′时刻的冻融阻抗图中冻融区域的面积，S_ice″为t″时刻的冻融阻抗图中冻融区域的面积。

7.一种实现权利要求1～6任一项所述树干冻融阻抗图像实时检测方法的系统，其特征是，包括：树干横截面冻融阻抗获取单元、树干冻融阻抗二维图像重构单元、温度补偿单元和树干冻融信息实时感知单元；其中：

所述树干横截面冻融阻抗获取单元包括多个锥形不锈钢电极的测量探头，用于对所述树干横截面冻融阻抗进行测量；

所述树干冻融阻抗二维图像重构单元用于对所述树干横截面冻融阻抗特征信息数据进行图像重构；

所述温度补偿单元用于对所述冻融阻抗二维图像进行温度修正；

所述树干冻融信息实时感知单元，用于对所述树干冻融阻抗图的实时变化进行分析，实时计算树干在越冬期的实时冻融程度及冻融深度。