[发明专利]树干冻融阻抗图像实时检测方法与系统

说明书

本发明公布了一种树干冻融阻抗图像实时检测方法与系统，包括：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；进行正则化处理和二维图像重构和修正，得到树干冻融阻抗二维图像；进行修正后得到树干冻融阻抗图；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。系统包括：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。本发明能够更加精确和快速地实时测量树木冻融情况，得到时间尺度上树干冻融的变化。

技术领域

本发明涉及树木冻融检测技术领域，尤其涉及一种树干冻融阻抗图像实时检测方法与系统。

背景技术

植物在越冬期间由于气温会在植物冻融点上下波动，当温度持续小于冻融点时，植物组织内的液态水发生结冰现象而形成固态冰晶，当温度持续高于冻融点时，植物组织内的固态冰晶发生融化现象而变成液态水，植物的冻融会造成树木全身组织或器官受伤甚至死亡，同时对植物渡过越冬期后的生长有重要影响。低温胁迫下植物体内的冻融响应体现了树木的抗寒性能，根据植物体内的冻融响应能够追踪植物越冬期茎干内冰晶扩散迁移轨迹及茎干组织冻融时空转移变化规律。

我国北方地区多属于温带和寒带气候，冬季有较长时间的冰霜期，这些区域中有大面积的经济和生态林木每年都会面临比较严重的寒害威胁，同时我国历史悠久，在漫长历史长河中，遗留有大量树种稀有、名贵或具有历史价值、纪念意义的名贵树木，而越冬期间低温胁迫导致的植物冻融极容易造成树木的生命力变弱乃至死亡，因此茎干植物冻融的研究，将为北方地区活立木防治冻灾提供理论基础，为古树名木的保护提供技术支撑。

目前在植物冻融过程中，现有技术主要包括植物冻融后基因的表达、蛋白质的变化和酶的活性的改变等生化指标的检测，通过检测这些生化指标对植物冻融后的生命活力、抗低温胁迫能力等作出评价，但这些方法大都具有一定的滞后性，难以实现实时检测，且没有考虑植物水分及植物温度对植物冻融特性的影响。而采用核磁成像及红外成像方法，则存在设备昂贵、有辐射风险、难以实时在线监测等不可避免的缺点；基于时域反射(Time domain reflectometry，TDR)传感器与超声波的植物冻融检测获取的数据单一，误差较大，且仪器设备较贵，因此，目前尚缺乏一种低成本的可以为植物冻融状况进行实时在线监测的植物冻融阻抗图像检测方法。

发明内容

针对现有植物冻融测量技术中存在测量不便且费时费力成本高的缺陷，本发明提出一种树干冻融阻抗图像实时检测方法及检测系统，能够更加精确和快速地实时测量树木在经历严寒冬季时的冻融情况，得到时间尺度上树干冻融的变化。

本发明的技术方案是：

一种树干冻融阻抗图像实时检测方法，包括如下步骤：

1)获取树干横截面冻融阻抗特征信息数据；

2)对树干横截面冻融阻抗特征信息数据进行图像重构，生成树干冻融阻抗二维图像；

3)对树干冻融阻抗二维图像，结合环境实时温度信息，进行修正，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。

可选地，步骤1)所述获取树干横截面冻融阻抗特征信息数据，具体在于构建基于树干阻抗特性的多频率扫频法，研制16电极测量探头，并对16电极测量探头建立两端混合驱动激励方法获取树干横截面冻融阻抗特征信息数据。