超声波古树空心在线监测方案
时间：2025-03-19
涉川
一、方案概述
超声波古树空心在线监测系统利用超声波透射和多传感器布设技术，通过检测树干内部声波传播速度，计算空心率（Hollow Ratio），实现非破坏性、长期在线监测。该系统适用于城市古树、森林保护、文化遗产树木等场景，可提供古树内部结构健康状况的实时评估，防止断裂倒伏风险。
二、监测目标
-
检测古树空心率，量化内部空洞情况。
-
监测树干内部腐朽程度，判断健康状况。
-
评估树体结构稳定性，提前预警可能的断裂风险。
-
长期趋势监测，为古树养护管理提供数据支持。
三、方案需求分析
|
需求
|
具体要求
|
|---|---|
|
实时在线监测
|
需长期监测古树内部结构变化，提供实时数据。
|
|
非破坏性检测
|
采用超声波测量技术，无损树体结构。
|
|
空心率计算
|
直接输出数值结果，无需成像处理。
|
|
无线远程传输
|
支持4G/NB-IoT无线数据传输，实现远程监测。
|
|
低功耗运行
|
适用于长期在线监测，可配备太阳能供电。
|
四、监测原理
-
超声波传感器布设：
-
在古树树干不同位置布设多个超声波传感器（如3-8个），形成测量网格。
-
传感器对称安装在树干两侧，形成发射-接收对。
-
-
超声波信号发射与接收：
-
传感器A发射超声波，另一侧传感器B接收。
-
健康木质部分：超声波传播速度较快。
-
腐烂或空心部分：超声波传播速度降低或无信号穿透。
-
-
空心率计算：
-
数据分析与传输：
-
采集到的数据由数据处理单元计算分析，得出空心率。
-
结果通过4G/NB-IoT无线模块上传至云端平台。
-
可设置超限报警，超出设定空心率阈值时触发预警。
-
五、系统架构设计
1. 设备组成
-
超声波传感器组（3-8个传感器，形成检测网络）
-
数据采集单元（信号放大、噪声过滤、计算空心率）
-
无线通信模块（4G/NB-IoT远程数据传输）
-
供电模块（太阳能+锂电池）
-
云端监测平台（数据存储、趋势分析、异常报警）
2. 工作流程
-
传感器周期性发射超声波，测量声速。
-
数据采集单元计算空心率，判断树体健康状况。
-
结果上传云端，进行趋势分析与远程监测。
-
若空心率超过设定阈值（如40%），触发告警。
六、设备参数
|
设备
|
参数
|
规格
|
|---|---|---|
|
超声波频率
|
工作范围
|
20kHz-200kHz
|
|
测量精度
|
空心率误差
|
±2%
|
|
传感器数量
|
可选配置
|
3-8个
|
|
无线通信
|
4G/NB-IoT
|
远程数据传输
|
|
供电方式
|
太阳能+锂电池
|
适用于野外监测
|
|
数据存储
|
云端+本地存储
|
7*24小时数据记录
|
七、功能特点
-
非破坏性检测：超声波透射，无损伤树体。
-
实时空心率计算：直接输出数据，无需成像分析。
-
远程监测与报警：支持无线通信，超限报警。
-
云端数据分析：长期趋势监测，优化养护管理。
-
低功耗运行：太阳能供电，适用于长期无人值守环境。
八、数据分析与预警
-
空心率趋势分析：长时间监测变化，判断腐朽发展趋势。
-
历史数据对比：不同时间段数据对比，评估树体变化速率。
-
超限报警：设定警戒值，超限后自动报警通知管理人员。
九、应用场景
-
城市古树保护：实时监测老树健康，防止倒伏。
-
森林生态保护：检测珍稀树种的结构变化，优化保护措施。
-
园林绿化：评估古树空心情况，制定养护方案。
-
历史文化遗产树木：长期监测历史名木的健康状况。
十、案例分享
案例1：某市百年古树健康监测
-
目标：实时监测市区300棵百年以上古树健康状况。
-
实施：每棵树布设6个超声波传感器，数据上传云端。
-
结果：检测发现30棵古树空心率超过30%，及时采取保护措施，降低倒伏风险。
案例2：国家森林公园古树保护
-
目标：监测森林公园内千年古树的内部结构变化。
-
实施：长期部署超声波监测系统，每天记录空心率。
-
结果：通过数据分析，识别出4棵高风险古树并加固支撑。
上一篇：雷达古树断层在线监测