Министерство промышленности, энергетики и науки Свердловской области

ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

«Согласовано» «Согласовано» «Утверждаю» Начальник Заместитель проректора по научной работе ГОУ ВПО Уральского государственного ле-сотехнического университета, доцент, к.т.н. _____________________ А. И. Сафронов « ____ » _________________ 2009 г.

Проректор по научной работе ГОУ ВПО Уральского государственного лесотехниче-ского университета, профессор, д.т.н. ____________________ С. В. Залесов « ____ » _________________ 2009 г.

ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

«Экологический и экспериментальный мониторинг лесов и управление ими на основе RFID-технологии»

(рег. № 01 ЛИФ-2009)

Руководитель темы доцент, к.т.н. Начальник НИЧ

________________________ С. П. Санников _______________________ А. И. Сафронов

Екатеринбург 2009

2

Данные о руководителях и основных исполнителях

Руководитель темы, заведующий кафедры автома-тизации производственных процессов Уральского государственного лесотехнического университета, к.т.н., доцент. Научные и профессиональные инте-ресы: автоматизированные системы управления, моделирование реологии волокнистых материалов и суспензий, технологии химико-лесного комплекса и целлюлозно-бумажного производства, системы управления и регулирования техническими систе-мами, энергосберегающие технологии и монито-ринга лесов.

____________ (подпись, дата)

Санников Сергей Петрович, 1954 года рождения (Предисловие, раз-дел 1, 2, 3)

Соруководитель темы, профессор кафедры автома-тизации производственных процессов Уральского государственного лесотехнического университета, д.т.н., профессор. Область научных и профессио-нальных интересов связаны с информационными процессами в технологических лесозаготовки, энер-госбережения и экологии.

____________ (подпись, дата)

Герц Эдуард Федорович, 1953 года рожде-ния (Аннотация, за-ключение)

Исполнитель темы, старший преподаватель кафед-ры автоматизации производственных процессов Уральского государственного лесотехнического университета, Научные и профессиональные инте-ресы: сушка пило и волокнистых материалов, энер-госберегающие технологии химико-лесного ком-плекса и целлюлозно-бумажного производства, сис-темы управления и регулирования техническими системами, SCADA системы, мониторинг лесов.

____________ (подпись, дата)

Шипилов Валерий Викторович, 1972 года рожде-ния (раздел 2.2)

Исполнитель темы, аспирант кафедры автоматиза-ции производственных процессов Уральского госу-дарственного лесотехнического университета. На-учные и профессиональные интересы: сушка во-локнистых материалов, энергосберегающие техно-логии химико-лесного комплекса и целлюлозно-бумажного производства, системы управления и регулирования техническими системами.

____________ (подпись, дата)

Сорокин Евгений Николаевич, 1984 года рожде-ния (раздел 2.1)

Исполнитель темы, аспирант кафедры автоматиза-ции производственных процессов Уральского госу-дарственного лесотехнического университета. На-учные и профессиональные интересы: сушка во-локнистых материалов, энергосберегающие техно-логии химико-лесного комплекса и целлюлозно-бумажного производства, системы управления и регулирования техническими системами, монито-ринг лесов.

____________ (подпись, дата)

Суслов Денис Геннадьевич, 1977 года рожде-ния (раздел 1.4, 3.1)

3

Исполнитель темы, аспирант кафедры автоматиза-ции производственных процессов Уральского госу-дарственного лесотехнического университета. На-учные и профессиональные интересы: сушка во-локнистых материалов, энергосберегающие техно-логии химико-лесного комплекса и целлюлозно-бумажного производства, системы управления и регулирования техническими системами, монито-ринг лесов.

____________ (подпись, дата)

Суслова Светлана Сергеевна, 1978 года рождения (раздел 1.3, 3.2)

Исполнитель темы, младший научный сотрудник, кафедры автоматизации производственных процес-сов Уральского государственного лесотехническо-го университета.

____________ (подпись, дата)

Серков Павел Алексеевич, 1989 года рожде-ния (раздел 3.3, прило-жение 2)

Исполнитель темы, младший научный сотрудник, кафедры автоматизации производственных процес-сов Уральского государственного лесотехнического университета.

____________ (подпись, дата)

Мезенцев Дмитрий Константино-вич, 1988 года рожде-ния (раздел 1.2)

Исполнитель темы, младший научный сотрудник, кафедры автоматизации производственных про-цессов Уральского государственного лесотехниче-ского университета.

____________ (подпись, дата)

Мерц Павел Викторович, 1986 года рождения (раздел 1.1, прило-жение 1)

4

Реферат

Отчет 57 с., 1 ч., 25 рис., 8 табл., 20 источников, 2 прил. ЛЕСНОЙ КОМПЛЕКС, ПОЛНЫЙ КРУГЛОГОДИЧНЫЙ МОНИТОРИНГ ЛЕСОВ,

RFID-ТЕХНОЛОГИИ, СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ, ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ЛЕСОВ, ГИС-СИСТЕМЫ, КИСЛОРОДНЫЙ БАЛАНС

Объектом исследований являются экология лесного комплекса, монито-

ринг сохранности древостоя в лесах России, учет прироста и др. параметров древесины, экологический анализа для оценки эффективности использования на основе RFID-технологии в географической информационной системе (ГИС).

Цель работы — экспериментальное исследование возможности использо-вания RFID-технологии в экологическом, эксплуатационном мониторинг лесов и управление ими. Данная технология позволяет, используя новейшие дости-жения в радионавигации, сбора данных и измерительных технологических средств получать и обрабатывать данные огромного массива, к которым отно-сятся данные о приросте древесины — высота, диаметр ствола и кроны, а также других параметров, связанных вегетативной деятельностью дерева. Поврежде-ние пожаром или другим техногенным образом, также являются оперативными данными.

В процессе работы проведены исследования ослабления деревьями радио-сигнала от плотности насаждения и пород древесины. Частотные диапазоны, подходящие для RFID-технологии в лесу и рельефа местности.

В результате исследования была получены данные по ослаблению радио-

сигнала радиочастотных меток, построена зависимость и номограмма поглоще-ния от расстояния.

5

Содержание

Данные о руководителях и основных исполнителях 2

Реферат 4

Содержание 5

Аннотация 6

Предисловие 8

Глава 1. Общие подходы к оценке полного мониторинга лесов 12

1.1. Технология лесной таксации — современные приборы и оборудование 17

1.2. Ультразвуковые высотомеры, дальномеры, угломеры 18

1.3. Компьютерные мерные вилки 20

1.4. Технология таксационных измерений 27

Глава 2. Особенности использования RFID-технологии 32

2.1. Сущность сканирующих технологий таксационных измерений 33 2.2. Возможность использование радиочастотных устройств малой мощности для сбора и переда информации в лесу 35

Глава 3. Методика выбор измерительных и RFID- устройств 43

3.1. Измерительные схемы и расположения устройств на стволе дерева 43

3.2. Выбор и обоснование RFID-устройств 47

3.3. Управление лесами. Сбор данных о состоянии леса 49

Выводы и рекомендации 52

Список используемых источников 52

Приложение 1. Скорость распространения ультразвука в материале (УЗК)а 54

Приложение 2. Пьезоэлементы ультразвуковые 55

6

Аннотация

«Экологический и экспериментальный мониторинг лесов

и управление ими на основе RFID-технологии» Вопросы повышения устойчивого лесопользования экологической защиты

биосферы, поддержания углеродного баланса, при глобальном увеличении энергетического потребления предприятиями и негативными выбросами в ат-мосферу парниковых газов, являются весьма актуальным как в мировом аспек-те, так и для нашей страны. В этом плане уральский государственный лесотех-нический университет является одним из передовых научных и образователь-ных учреждений в России, в котором активно реализуется экологическая про-грамма мониторинга углеродного баланса.

Несмотря на то, что главным сырьевым ресурсом в борьбе с парниковыми выбросами технологическими предприятиями является лесной комплекс, кото-рый должен способствовать улучшению экологическому равновесию в атмо-сфере и почве. Снижение каменного угля и углеводородов происходит медлен-нее, чем потребление энергетических ресурсов. Продукция самого леса, являет-ся органическим возобновляемым топливом. Так, потенциал экономии энерге-тических ресурсов лесобумажной, деревообрабатывающей промышленности составляет 6—11 млн.т у.т. [1].

Поэтому экономия энергоресурсов в лесопромышленном комплексе явля-ется весьма актуальной задачей, тем более что лесопромышленная отрасль об-ладает в энергетическом плане значительной спецификой, а также способна во-зобновлять энергетические ресурсы, в том числе и углекислый газ из атмосфе-ры.

На пути учета рационального использования лесных ресурсов, которые по-требляются в качестве сырья в деревообрабатывающей, строительной, целлю-лозно-бумажной, химической индустрии существенную роль играют методы оценки прироста древесины, сохранности учета потребления и транспортиров-ки. При этом, как правило, используются методы составления материальных и теоретических (модельных) данных с возможным созреванием древесины в оп-ределенные периоды. Страшным врагом полноценного прироста древесины становится пожары, стихийные бедствия в виде ураганов, наводнений. Исполь-зование существующих методов за состоянием лесов ограничены периодично-стью получения измерений о приросте, фитомассы, углеродного баланса и тру-доемки. Однако использование этих методов, а также различных методов нор-мирования потребления не дали и до сих пор не дают желаемого результата.

Вместе с тем возможность значительного повышения роли автоматизиро-ванных систем сбора данных о состоянии лесов, контроль потребления древе-сины, начиная с момента прорастания и заканчивая потреблением. Сущест-вующие спутниковые системы базируются на интегральных показателях кон-троля о состоянии леса (пожарами, массовой рубкой, техногенными явления-

7

ми). Спутниковые системы не способны полностью контролировать потребле-ние древесины, но в сочетании с RFID технологией способны обеспечить наи-более полный персонифицированный учет древостоя и производить необходи-мые измерения, передавать (транслировать) данные о приросте древесины, фи-томассе, углеродной составляющей. При этом требуется проведение сквозного мониторинга лесов, суммарных расчетов углеродного баланса на основе пред-лагаемой технологии сбора и передачи данных с помощью автоматизированной системой. Методика полного (сквозного) мониторинга в других областях на-родного хозяйства уже нашла применение в мировой политике. В нашей стране нет соответствующих стандартов, определяющие необходимость использовать автоматизированной системы измерения основных технологических парамет-ров древостоя, сбора показателей прироста продукции леса, энергоемкости ле-сов по оценке эффективности потребления технологическом процессе заготов-ки и дальнейшей переработки.

Методика полного мониторинга заинтересовала некоторых ученых, после публикаций в интернет-конференции «Леса России в XXI веке», чему есть под-тверждение и обсуждение с авторами этой темы по E-meil переписке.

Основные выводы и рекомендации по результатам данной работы сводятся к следующему:

1. Предложена методика полного мониторинга лесов с помощью автомати-зированной системы сбора технических параметров древостоя с учетом осо-бенностей лесотехнического комплекса.

2. Получены результаты для расчета ослабления электромагнитных коле-баний древесиной на частоте работы RFID приборов, на основании которых по-строена номограмма ослабления радиоволны от расстояния.

3. Разработан алгоритм и программа для сбора и обработки эксперимен-тальных данных передачи данных, что позволяет проводить соответствующие компьютерные расчеты. Эти результаты использовались в учебном процессе УЛГТУ на кафедре АПП при проведении лабораторных работ в дисциплинах: «Технические средства автоматизации», «Управление и информатика в систе-мах энергосбережения и экологии».

8

Предисловие

Основной целью работы является в подтверждении гипотезы использова-

ния RFID-технологии в сборе информации о сохранности и приросте древесины в выделенных площадях и других лесных массивах, а также автоматизировать технологический процесс лесозаготовки с помощью механизированной техники (харвестеры, форвайдеры), используемой при не сплошных рубках, транспор-тировки и переработки.

Проведение компьютерного моделирования на примере системы сбора данных. Разработка рекомендаций по проектированию системы сбора данных о приросте древесины с учетом ослабления радиосигнала в лесных массивах кро-нами деревьев и другими элементами дерева. Введение соответствующих учеб-ных курсов в университете.

Несмотря на то, что основной сырьевой ресурс лесного комплекса — дре-весина, которая является ценным технологическим сырьем механической и хи-мической переработки, а так же строительной индустрии, в лесах по опреде-ленным причинам возникают пожары, ураганы, «черные лесорубы» и прочие стихийные бедствия, влияющие на окружающую среду. В последнее время пар-никовым выбросам в окружающей среде уделяется пристальное внимание со стороны развитых стран. Тому свидетельство киотский протокол по ограниче-нию выбросов в атмосферу и конференция в Копенгагене.

Леса являются «легкими планеты», т.е. способны перерабатывать углекис-лый газ в кислород, который необходим для технологических нужд в энергети-ке, технических газах (азот и кислород), в металлургии и многих других инду-стриальных процессах. Россия, страна, которая обладает значительными запа-сами лесов, могла генерировать кислород в атмосфере с помощью лесных мас-сивов и тем самым зарабатывать средства, продавая квоты промышленным предприятиям (странам) Европы и Азии.

На наш взгляд это не происходит по нескольким причинам. Одна сущест-венная причина лежит в области политической договоренности развитых про-мышленных стран. (Этот вопрос достаточно сложный и целью данной работы не является и обсуждаться нами не будет). Вторая причина, при положительном решении первой, это полный учет состояния древостоя в лесах России, т.е. пол-ный мониторинг лесов — физический прирост древесины, фитомассы и др. па-раметров включая сохранность лесов (не санкционированную рубку).

При этому древесина сама является в значительной часть возобновляемым топливом, на которую приходится теплоэнергии (340—425 млн. Гкал), кроме того, природный газ — 0,2—0,5 млрд. м 3, нефтепродукты 0,7—1,0 млн.т. [2, 3].

Поэтому экономия ресурсов в лесном комплексе является весьма актуаль-ной задачей, тем более что лесопромышленная индустрия обладает в энергети-ческом плане значительной спецификой по возобновляемости и утилизации.

На пути экономии энергоресурсов существенную роль играют методы оценки энергоэффективности производственных процессов и учета возобнов-ляемости древесины. При этом, как правило, используются методы составления

9

материальных балансов с выходом на топливноэнергетические балансы пред-приятия и затем отрасли. Однако использование этих методов, а также различ-ных методов нормирования энергопотребления не дали и до сих пор не дают желаемого результата. Энергоемкость продукта в нашей стране намного выше, чем в развитых странах, а коэффициент полезного использования энергетиче-ских ресурсов не превышает 35—36 % [2, 3]. Это объясняется слабой эффек-тивностью использования лесных ресурсов при значительной трудности заго-товки в болотистых местах Урала, Сибири и ее транспортировки. И, тем не ме-нее, назрел момент пересмотра отношения к лесным ресурсам. Необходимость повысить роль лесов, отношение к ним. Если не предпринимать решительных шагов сейчас, позже будет поздно и потребуются совершенно другие меры, бо-лее радикальные, чем это требуется сейчас.

Экологи всего мира озабочены выбросами промышленных предприятий в атмосферу парниковых газов. Очень слабые позиции экологов по созданию природных генераторов кислорода, по сути это леса, только они способны по-ложительно влиять на атмосферу и регулировать баланс газов в ней. Не равно-мерная вырубка лесов на планете способствует дополнительным тепловым по-токам в атмосфере, которые способны вызывать ураганы, ливни и др. неблаго-приятные атмосферные явления [2]. На наш взгляд здесь необходима система, которая способна отслеживать процесс прироста древостоя во все время роста, учитывать технологическое перемещение древесины после рубки до первичной переработки, вплоть до производства пиломатериалов.

В направлении развития методов таксации и мониторинга лесов это созда-ния автоматизированных систем сбора и передачи данных о состоянии леса, его прироста и фитомассе. Предлагаемая система разработана и проходит апроба-цию на кафедре АПП УГЛТУ. Такая система способна улучшению природного баланса, создания базы данных о древостое с истинными персонифицирован-ными данными.

В данной работе показано на примере экспериментальных исследований RFID приборов в лесном комплексе, основные направления поиска путей пере-хода от нормирования, созданного в 60-е годы 20 столетия к глобальному мо-ниторингу лесов на основе современных информационных технологиях. Дан-ные системы более мобильны, информативны. Фактически в реальном режиме времени способны собирать, передавать и обрабатывать персонифицированные данные о важных параметрах древесины — приросте, фитомассе, углеродной единице и пр. показателях, которые необходимы для расчета общего углерод-ного баланса лесов.

При использовании предлагаемой концепции со спутниковой системой зондирования поверхности земли, такой как ГИС (геоинформационной систе-мой) получать и обрабатывать круглогодично данные об основных параметрах древостоя. При создании такой системы лесохозяйственники, лесозаготовители, экологи будут иметь необходимую информацию для планирования и проекти-рования лесоустройства, рубок ухода, лесосек по реальным данным, а не по прикидочным.

10

В настоящее время ГИС внедряется в лесном хозяйстве среди ученых, за-нимающихся мониторингом фитомассы по фотоснимкам сделанных из космоса, которые выводятся на монитор компьютера. Данные системы обладают низкой точностью, т.к. моделируют цветовой окрас поверхности заказываемого опера-тором участка земли в некоторую величину, характеризующую количества фи-томассы в данной точке.

Поскольку это интегрированная оценка поверхности лесного массива, то можно судить только об относительных изменениях цветового окраса кроны деревьев, которые в основном и создают его. Если в хвойных лесах заметна ста-бильность данных и их интерпретация, то лиственных и смешанных лесах о приросте фитомассы судить сложно.

С другой стороны, высокая заинтересованность экологов и правительств промышленных стран разрешить рядом противоречий, имевшихся в исполь-зуемых традиционных методиках, методах основанных на ГИС и предлагаемых методах полного, круглогодичного мониторинга лесов с использованием RFID технологии. Основные из них следующие.

1. Метод предполагает получение полных персонифицированных данных о приросте древесины в реальном масштабе времени, что абсолютно не возможно при традиционном методе.

2. Автоматизированный метод получения персонифицированных данных, о конкретном дереве, по стоимости соизмерим со спутниковым методом для сканирования конкретного дерева из космоса, временем обработки при опреде-ленном количестве деревьев в лесном массиве и точностью результатов у по-следнего ниже.

3. Недостатком предлагаемого метода является отсутствие в настоящее время надежного источника электроэнергии, это и послужило применение RFID-технологии, которая не требует собственного источника электроэнергии.

Подчеркнем, что возможность значительного повышения интереса к RFID-технологии заключается в экономии конечной энергии, зависящей от улучше-ния качества и надежности измерительных данных, совершенствования и соз-дания новых технологий передачи информации, изменения структуры сбора и обработки данных снижение материалоемкости и потерь энергии, увеличения дальности передаваемой информации и пр. Поэтому во многих конкретных случаях использование для мониторинга в существующих технологических процессах сбора, передачи информации позволяет выйти на определение пока-затели использования современных технических средств автоматизации (ТСА). Здесь уже требуется проведение полных суммарных расчетов ресурсоемкости древостоя и ТСА на определенном лесном массиве. В наиболее представитель-ном виде экспериментальные данные проведены на кафедре АПП УГЛТУ в рамках научной школы (Э.Ф. Герц, С.П. Санников и др.) [4—6].

В лесопромышленном комплексе эта методика пока не нашла еще своего применения, что ограничивает возможность оценки получаемых данных и срав-нение этих данных, получаемых традиционным методом, тем более, что с пози-ции использование денежных ресурсов для получения информации лесной со-стоянии и как показали оценочные расчеты отличается значительной специфи-

11

кой при наличии оперативности [4, 5]. Основной целью данной работы является обоснование возможности и це-

лесообразности использования методики полного мониторинга лесов с получе-нием исчерпывающей круглогодичной информации и последующего анализа в лесном комплексе. При этом требовалось наметить и конкретизировать имею-щиеся, существенные особенности RFID-технологии лесном комплексе, что должно найти отражение в предлагаемой отчете. Особого внимание потребова-ла разработка базы данных по передачи данных с временными характеристикам применяемых в лесных ресурсах.

Важнейшим резервом внедрения новой технологии является использова-ние регенерации электроэнергии из радиоволн опрашиваемого передатчика и вторичных энергетических ресурсов измерительных устройств — в данной ра-боте этой части уделено важное внимание с позиций диссипативной формы оценки полного мониторинга древостоя и его эффективности.

Применение данной методики проиллюстрировано на конкретных харак-терных примерах лесопромышленном комплексе — передатчика RFID устрой-ства в лесном массиве. Это позволяет при проектировании системы сбора дан-ных обеспечить стабильность получаемых результатов в длительный период при минимальных затратах.

12

Глава 1. Общие подходы к оценке полного мониторинга лесов

Лес — одно из основных национальных богатств России. Лесной фонд

Российской Федерации составляет 1172 млн га (покрытая лесом площадь — 764 млн га) с запасом древесины 81,3 млрд м3, представляя значительную долю лесных ресурсов планеты [7]. Поэтому задача полного мониторинга лесов со-пряжена с определенными трудностями, при современном развитии информа-ционных технологий преодолима.

Лесные массивы существенно влияют на формирование климата, отдель-ных географических зон и районов, регулируя баланс солнечной энергии на земной поверхности и в атмосфере, циркуляцию атмосферного тепла и влаги, режим воды в озерах и реках. Одна из важнейших функций леса — поставка древесины, ценнейшего сырья для многих отраслей хозяйства. Однако полез-ность леса заключается не только в получении древесных продуктов. Лес имеет защитное, водоохранное, санитарно-гигиеническое и рекреационное значение. Обширные лесные пространства служат местом произрастания грибов и ягод. В лесных водоемах водится рыба. В таежных лесных массивах ведут промы-словую охоту на зверей и птиц.

На лесное хозяйство в настоящее время возложено осуществление лесо-устройства, охраны лесов от пожаров, защиты от вредителей и болезней, лесо-восстановления, сохранения биоразнообразия, контроля за лесопользованием, т. е. весь комплекс мероприятий, связанных с существованием лесов. Рацио-нальное освоение лесных угодий, их воспроизводство, охрана от пожаров и вредителей — предмет постоянной заботы лесоводов. Ведь леса — это не толь-ко «легкие» планеты, но и надежный, неиссякаемый источник повышения бла-госостояния нынешнего и будущего поколений. Поэтому будущие специалисты лесного хозяйства, лесной промышленности и городского кадастра должны хо-рошо знать природу леса, динамические процессы, происходящие в лесу, осно-вы техники и технологии выращивания леса в разных природных и экономиче-ских условиях, уметь формировать с помощью лесоводственных приемов про-изводительные насаждения оптимального состава и структуры, обеспечиваю-щие выполнение защитных и водоохранных функций и социальной роли, знать основные положения организации и ведения лесного хозяйства, учета лесного фонда. Автоматизированная система мониторинга лесов способствует облегче-нию их труда.

Основные сведения о земной атмосфере, ее строении во взаимодействии с лесами, составе, компонентах и свойствах, о физических процессах и явлениях, происходящих в ней, о факторах, влияющих на погоду и климат. Изложение основы климатологии, показана взаимосвязь погоды, климата и леса [8].

Леса и метеорология, которая является крупнейшей геофизической наукой, и ее название происходит от греческих слов «метеор», что означает небесное явление, и «логос» — учение.

Следовательно, метеорология сильно зависит от лесных массивов, от про-цессов происходящих в них, а определение самой метеорологии, которая явля-

13

ется наукой о земной атмосфере, и в сжатой, доступной форме освещает ос-новные сведения о воздушной оболочке Земли: строении, составе, свойствах атмосферы, физических процессах и явлениях, постоянно протекающих в ней под воздействием естественных и антропогенных факторов, т.е. все то, что принято называть экологией. Наиболее подробно рассматривает радиационный и тепловой режимы атмосферы, земной поверхности покрытой лесами, влияние на погоду, климат воздушных масс, циклонов и антициклонов, общей циркуля-ции атмосферы. Леса играют значимую составляющую в погоде земли, на по-токи воздушных масс, эрозию почвы и многое другое. Излагая общее учение о климате и климатической системе наука о климате и таксации в дальнейшем должны занять важное место в экологическом образовании. Особое внимание необходимо уделить факторам, влияющим на погоду и формирование климата, т.е. лесам. Рассматривая вопросы, связанные с влиянием метеорологических условий на рост и развитие растений (кустарников и деревьев), на их географи-ческое климатическое распределение. В работе освещается взаимная связь леса, погоды и климата. Качество древостоя, его способность влиять на климат носит определяющий характер [7, 8].

Считается, что лесная таксация, это вспомогательная отрасль лесохозяйст-венного учения, занимающаяся способами определения объема срубленных и растущих деревьев, так же как и их частей, запаса насаждений и прироста как отдельных деревьев, так и целых насаждений. Впрочем, в прежнее время выра-жение лесная таксация употребляли, изредка употребляют и теперь, и в более широком смысле, обозначая им и денежную оценку деревьев и насаждений, а иногда и совокупность всех лесоустроительных работ, в ряду которых таксация всегда занимает более или менее видное место.

Понятая в более тесном значении лесная таксация в прежнее время была известна под именем лесной математики. Основанием для такого названия служило то обстоятельство, что лесная таксация имеет дело главным образом с расчетами, производимыми на основании данных, полученных более или менее точными измерениями таксируемых деревьев. С особенною точностью может быть произведено измерение срубленных деревьев, объем которых можно оп-ределить или физическими приемами, посредством взвешивания или ксиломет-рическим путем, или стереометрическими вычислениями на основании произ-веденных линейных измерений.

Ксилометрическое определение объема производится при помощи ксило-метров, приборов, вмещающих значительное количество воды, часть которой выливается при погружении в нее исследуемой части дерева; объем вылившей-ся воды, равный объему погруженной древесины, определяется или с помощью сосудов определенной емкости, или посредством отсчета на трубке, приделан-ной к ксилометру и показывающей уровень воды, поднявшейся после погруже-ния в нее исследуемого куска. Этот способ отличается значительною точностью и применяется только при научных исследованиях, будучи слишком мешкот-ным для целей практики. В особенности полезен он тогда, когда приходится исследовать части дерева, одетые корою или отличающиеся неравномерным внутренним строением. При равномерности последнего столь же, если не бо-

14

лее, точные результаты дает взвешивание отдельных частей исследуемого де-рева с последующим разделением полученного веса на вес единицы объема ис-следуемой древесины. Подобно ксилометрическому определению, на практике взвешивание применяется чрезвычайно редко, иногда для определения массы сучьев или коры.

Таким образом, для целей практики служат почти исключительно стерео-метрические способы вычисления объема; число этих способов и степень их точности чрезвычайно различны, но сущность их сводится к измерению и вы-числению объема отдельных частей дерева. Наибольший практический интерес из этих частей представляют части ствола, притом те, которые могут доставить деловой лес, представляющий наибольшую ценность. Представим себе сперва, что речь идет об определении объема той части ствола, которая отрезана в виде бревна, имеющего более или менее значительную длину. Предполагая, что часть древесного ствола можно рассматривать как усеченный коноид, мы мо-жем измерить диаметр или окружность бревна на середине его длины, опреде-лить на основании этого измерения площадь сечения в данном месте, основы-ваясь на предположении, что в любой точке сечение ствола будет иметь форму круга, и, умножив полученную площадь на длину, получить примерный объем исследуемой штуки. Точность такого определения будет обусловлена степенью точности измерения как диаметра, так и длины бревна, причем первое измере-ние, вводимое в вычисление после возведения во вторую степень, влияет на степень точности значительно более, нежели второе; кроме того, при подобном определении объема мы делаем два произвольных допущения: предположение о круговой форме сечений ствола и определение объема предполагаемого усе-ченного коноида умножением площади его сечения на середине длины на эту длину.

Первое предположение оправдывается на практике лишь по отношению к немногим деревьям; в большинстве же случаев сечения ствола имеют более или менее неправильную форму, так что в данной точке при измерении диаметра в различных направлениях можно получить различные величины. Для ослабле-ния этого источника погрешностей можно или прибегнуть к измерению окруж-ности взамен диаметра, или же измерить в данной точке два диаметра вместо одного, или взаимно перпендикулярных, или наибольший и наименьший. При измерении окружности подыскивают затем соответствующий ей диаметр по со-ставленным для этой цели таблицам и по диаметру определяют, по таблицам же, площадь или же пользуются специальными таблицами, дающими площади кругов по их окружностям. При измерении двух диаметров для вычисления площади сечения пользуются либо формулою, служащею для вычисления пло-щади эллипсиса

P = (π/4)d1d2, где d1, d2 — диаметр во взаимных плоскостях измеренных в одной точке. Либо принимают площадь сечения равной, среднему из площадей кругов, соот-ветствующих каждому из измеренных диаметров

P = (π /4)[(d1 + d2)/2],

15

либо, наконец, определяют площадь круга, соответствующего среднему ариф-метическому из измеренных диаметров:

P = (π/4)[(d1 + d2)/2]2. Последний способ при пользовании таблицами площадей кругов является

наиболее простым, и им по преимуществу пользуются, измеряя наибольший и наименьший диаметр; впрочем, измерение двух диаметров производят боль-шею частью только при научных исследованиях, для целей же практики до-вольствуются и одним.

Второе допущение, предполагающее, что объем бревна равен произведе-нию площади серединного его сечения на длину, будет математически верным только для таких круглых штук, которые имеют форму цилиндра или усеченно-го параболоида вращения. Так как форма частей ствола уклоняется более или менее значительно от формы этих правильных геометрических тел, то пользо-вание сделанным допущением приводит к неизбежной погрешности, незначи-тельной при малой длине бревна и возрастающей с увеличением его длины. Для уменьшения этой погрешности можно прибегнуть к измерению и введению в вычисление, кроме срединного диаметра, еще верхнего или нижнего или же всех трех, при чем, можно пользоваться формулою Ньютона (обыкновенно на-зываемой формулою Рикке) или более элементарными формулами.

Для совершенно точного определения объема данной ствола можно изме-рить большое число диаметров на равных расстояниях один от другого и вос-пользоваться для вычисления формулою Симпсона. Но на практике пользова-ние сколько-нибудь сложными формулами является весьма мешкотным, и по-тому прибегают к способу, известному под именем «разделения на отрубки». Способ этот заключается в том, что ствол или часть его представляют себе раз-деленным, мысленно, конечно, на части определенной небольшой длины; посе-редине каждой такой части, или отрубка, измеряют диаметр и умножением площади круга, соответствующей этому диаметру, на длину отрубка находят его объем; сумма объемов отрубков дает объем ствола. Точность этого способа обратно пропорциональна длине отрубков, колеблющейся от 1 до 6 м, и во вся-ком случае удовлетворяет наиболее строгим требованиям практики. Если опре-деляют по этому способу объем бревна, то разделяют его по длине на то или иное число отрубков; если измеряется целый ствол, то на нем, начиная снизу, отмечают отрубки вплоть до того места, где он не достигнет минимальной толщины, требуемой в данной местности от дровяного леса; эту толщину на конце последнего отрубка также измеряют, измеряют длину оставшейся вер-шины и определяют ее объем, пользуясь формулою, служащею для определе-ния объема конуса. Если требуется, кроме ствола срубленного дерева, опреде-лить и массу его ветвей, то нижние части более толстых из них можно также разделить на отрубки, более же тонкие ветви и части их взвешивают или скла-дывают в кучи, определяя объем этих куч.

При определении объема растущих деревьев оказывается возможным с достаточною точностью и легкостью измерить их нижний диаметр, с меньшею точностью — их высоту, для чего используют специальные инструменты. Ин-струменты известные под названием высотомер или гипсометр, и, наконец, с

16

большими затруднениями и с малою точностью — диаметр ствола на известной значительной высоте, для чего служат сложные инструменты, называемые дендрометрами. Пользуясь тремя такими измерениями, можно определить объем дерева по одной из сложных формул. Но измерение диаметра на значи-тельной высоте сопряжено с значительными затруднениями и не может претен-довать на достаточную точность, и потому от него на практике почти всегда от-казываются, ограничиваясь лишь двумя измерениями: нижнего диаметра и вы-соты [9, 11].

Располагая двумя измерениями и таблицей видовых чисел, определяют объем ствола с совершенно достаточною для практической цели точностью. Для облегчения нужных вычислений служат таблицы, в которых указаны объе-мы цилиндров для различных диаметров и высот; еще более облегчается такса-цией отдельных растущих деревьев, при пользовании так называемыми массо-выми таблицами, дающими не только объем дерева соответствующих разме-ров, но иногда и размеры, и количество отдельных сортиментов, которые мож-но из него заготовить. Следует заметить, что в определение конкретных коли-честв измерений в значительной степени лесорубы, лесники, вообще лица, ко-торым долго приходилось иметь дело с заготовками леса. Они могут почти без-ошибочно указать для каждого данного дерева как размеры бревен, которые можно выпилить из ствола, так и объем в складочных мерах дровяной древеси-ны, которая получится от остатков заготовки. Такое определение, будучи чисто глазомерным, оказывается, однако, весьма точным, в особенности, когда при-ходится таксировать большое число деревьев, при котором сделанные для от-дельных деревьев ошибки, положительные и отрицательные, взаимно уравно-вешиваются. Такой способ таксации применяется в казенных лесах Франции при оценке деревьев, назначаемых в продажу. У нас в государственных лесах оценка продаваемых деревьев производится на основании местных сортимент-ных таблиц, дающих объемы деревьев. К задачам лесной таксации относится также и определение запаса насаждений. Это определение производится или посредством перечета, или при помощи пробных площадей, или, наконец, гла-зомерно, что в значительной степени получают приблизительные результаты [9—13].

Первый способ обязательно применяется при оценке участков старого ле-са, назначаемых в продажу, второй уместен при устройстве лесов для опреде-ления запаса старых насаждений, третий — может быть допущен при лесоуст-ройстве для таксации молодых и преуспевающих насаждений. Впрочем, для опытного таксатора глазомерная таксация может оказаться полезною и при оценке старых насаждений, сколько-нибудь значительных по площади. Отсы-лая за подробностями к названным статьям, следует здесь заметить, что объем отдельных деревьев, так же как и сортиментов делового леса, выражают у нас в кубических метрах, запас же насаждений — в таксационных метрах. Таксаци-онный метр представляет меру условную, содержащую такое число кубических метров, какое заключается в древесине. Так как это количество изменяется в за-висимости от размеров штабеля, толщины и качества бревен и, главное, от спо-соба кладки, то число кубических метров, нужное для получения складочной

17

метра, колеблется в весьма широких пределах. При устройстве государствен-ных лесов у нас прежде принималась, как мера для определения запаса [9—13].

1.1. Технология лесной таксации — современные приборы и оборудование

Эффективное ведение лесного хозяйства требует всестороннего учета со-

стояния и характеристик отдельных деревьев и лесных насаждений, параметров и объема заготавливаемой древесной продукции. Проведение лесотаксацион-ных работ всегда требовало значительных ресурсов. В настоящее время в мире наблюдается тенденция по увеличению эффективности лесотаксационных ме-роприятий и снижению трудозатрат за счет усовершенствования, технологиче-ского улучшения и компьютеризации применяемых приборов и инструментов. Основной путь этого — внедрение электроники, упрощающей измерения в ле-су, исключающей необходимость ручной записи данных, повышающей точ-ность измерений.

Преимущества современного оборудования имеют принципиальное значе-ние при проведении работ по сертификации леса, мониторинга — одного из ос-новных направлений экологизации лесного хозяйства. В последние годы на-блюдается общая тенденция унификации и концентрации производства специ-ального и научного оборудования. Не являются исключением инструменты для лесной таксации и экологии. Конечно, монополизация и унификация продуктов не всегда является положительным фактором, однако для малосерийного спе-циального оборудования с невысокой рентабельностью производства это оп-равданно. Измерительная продукция производителей, которые выдерживают высокие требования специалистов, использующих их инструменты в профес-сиональной деятельности не мало, но они не пригодны, решать задачи автома-тизированного мониторинга.

Электронная мерная вилка позволяет автоматически запоминать измерен-ные диаметры деревьев, хранить значительные объемы данных. Полученные данные за весь полевой сезон, записать различную текстовую информацию. Принимать данные через инфракрасный порт или радиопорт, а также с элек-тронных высотомеров, приемников GPS. Обрабатывать данные по записанным заранее таксационным таблицам, передавать данные на принтер или по мо-бильной связи.

Таксатор, снаряженный комплектом электронных инструментов, не нуж-дается в помощи ассистента и способен в одиночку фиксировать диаметры, высоты и другие характеристики деревьев. Современные электронные высото-меры автоматически измеряют расстояния от таксатора до дерева, что позволя-ет быстро и с высокой точностью определить не только высоту всего дерева, но и положение ветвей, форму кроны. Для измерения расстояний используется ультразвуковые приборы. Это позволяет работать даже при условии, что ствол дерева закрыт от таксатора листвой. Несмотря на высокую стоимость, приме-нение электронных инструментов является экономически оправданным, по-

18

скольку они многократно повышают производительность работы в лесу, со-кращая объем дорогостоящего труда таксатора. Широкое применение элек-тронные мерные вилки и другие современные электронные инструменты на-шли в США и Европе. В России высокая стоимость приборов не позволяет крупномасштабное их использование от ведущих мировых производителей Savcor, Suunto, Haglof, Silva, Garmin, Nikon, LTI. Описание некоторых прибо-ров представлены ниже. Соответствующие требования к профессиональным приборам для измерения высот и углов излагаются в стандартах: DIST — ука-зание дистанции и измерение высот; HGT — измерение высот; DEG — изме-рение углов.

1.2. Ультразвуковые высотомеры, дальномеры, угломеры

Ультразвуковой высотомер, дальномер, угломер VERTEX IV легкий, ком-

пактный и точный инструмент для измерения расстояния, высоты, угла, заклад-ки круговых площадок (см. рис. 1).

Рис. 1. Ультразвуковой высотомер, дальномер, угломер VERTEX IV При измерениях высот с помощью ультразвукового высотомера VERTEX

IV результаты получаются более точные и сам процесс измерения происходит быстрее. Для измерения высоты дерева необходимо прикрепить принимающее устройство (транспондер) к стволу измеряемого дерева. Затем необходимо вы-брать такое место, откуда крона дерева лучше всего видна. Причем даже густая растительность между местом измерения и деревом не помеха. После того как удобное место выбрано надо направить красную точку на крону дерева и на-жать кнопку. Точная высота дерева появится на экране.

Измерение расстояний при помощи этого ультразвукового дальномера легче и результаты точнее чем при измерениях с помощью измерительной лен-ты. Только нажатие кнопки и прибор покажет расстояние до принимающего прибора, который можно установить, например, посредине измеряемой круго-вой площадки.

Техническое описание [14] • Прочный, водонепроницаемый алюминиевый корпус • Большой легко читаемый дисплей • Низкое потребление энергии

19

• Мультиязыковая поддержка • Звуковой сигнал окончания замера • Bluetooth или IK-порт для передачи данных

Таблица 1

Технические характеристики ультразвуковой высотомер VERTEX IV

Размеры 80 х 50 х 30 мм Вес 160 гр. Элемент питания 1х1,5 щелочные Ток 20 mA Частота 25 kHz Температура –15 до + 45оС Измеряемая высота 0 — 999 м Точность измерения 0,1 м Измерение углов –55 — + 85 град,

–60 — + 96 град, –140 — + 140%

Точность измерения углов 0,1 градус Расстояние до транспондера 30 м или больше

при хороших условиях Расстояние до адаптера с транспондером

20 м или больше при хороших условиях

Точность 1% или точнее, если прибор откалиброван правильно

Электронный высотомер, угломер HEC-Haglof — это первый в своем роде

электронный высотомер профессионального уровня, позволяющий измерять высоты и углы, не придерживаясь фиксированного расстояния до объекта из-мерения (рис. 2).

Рис. 2. Электронный высотомер, угломер HEC-Haglof Высотомер, угломер HEC-Haglof измеряет на любом расстоянии до объек-

та (дерева). Значение расстояние вводится пользователем вручную и затем ис-пользуется высотомером для моментального вычисления высоты. Все величи-

20

ны показываются на экране и легко переключаются нажатиями на кнопку. Для определения высоты объекта достаточно засечь его вершину и основание — значение будет показано на экране и записано в память.

Преимущества и особенности [14]

• Компактный, функциональный и прочный • Измеряет высоты с любого расстояния • Очень низкое энергопотребление • Простота контроля и исправления результатов • Высокая точность • Устранение вычислительных ошибок

Таблица 2

Технические характеристики электронного гипсометра (высотомера) фирмы Haglof

Размер: 20мм х 63мм х 44мм Вес: 50 гр. Батарея: 1 АА Потребление электроэнергии: 30 mW Высоты: 999 n/f Точность: 0.1 m/f< 100 m/f; 1 m/f> 100 m/f Углы: –55°+85° Точность углов: ± 0.2° Разрешение: 0.1°

1.3. Компьютерные мерные вилки Компьютерная мерная вилка Masser Excaliper отличается от обычных мер-

ных вилок с цифровым табло в том, что она является компьютером способным собирать, обрабатывать и передавать информацию. Он же автоматически дела-ет вычисления согласно заложенным формулам (рис. 3).

• измерительные приборы MASSER предназначены для работы в жестких условиях

• водонепроницаемый корпус и высококачественные подшипники обеспе-чивают надежное использование на многие годы

• обширный банк программ, также программа MASSER DEVELOPER для самостоятельной подготовки программы в вилку

• русифицирована • имеет Российский сертификат Мерные вилки Masser были разработаны на основе многолетнего опыта по

сбору данных для нужд лесного хозяйства. Это устройства выполняют множе-ство различных функций.

21

Рис. 3. Компьютерная мерная вилка Masser Excaliper Мерные вилки, снабженные либо стандартным, либо специально приспо-

собленным к потребностям клиента программным обеспечением, экономят время и рабочую силу. Используемая в мерной вилке программа для контроля измерений валочной головки харвестера дает надежную информацию о том, насколько показатели диаметра и длины, измеренные лесозаготовительной ма-шиной, отличаются от соответствующих данных полученных мерной вилкой. Для этого результаты измерений образцов, полученных валочной головкой хар-вестера, вводятся в измерительное устройство мерной вилки и контрольная программа автоматически настраивается на перезамер этих образцов мерной вилкой, снабженной при этом мерной лентой для определения длины бревен. На экране устройства выдается информация для пользователя о порядке прове-дения измерений, причем для ввода данных при этом достаточно использовать лишь одну командную клавишу. Объем древесины измерительное устройство мерной вилки рассчитывает таким же образом, как и измерительная система харвестера. Отчет о результатах проверки замеров, проведенных программой можно считать с экрана измерительного устройства или распечатать на принтере. Полученные данные могут быть также введены в измерительное уст-ройство харвестера и могут быть использованы оператором машины для приня-тия решения о необходимости калибровки системы.

Талица 3 Техническая характеристика компьютерной мерной вилки

Masser Excaliper[14]

Дисплей 128 х 64 LCD. подсветка Шкала измерения 0—500 мм. (возможны большие размеры) Клавиатура Альфа-клавиатура, кнопка-энтер и переключатель Класс защиты IP 67 (водонепроницаемый)

22

Точность ±1 мм Вес 980 гр. Рабочее время 10 часов без подзарядки Перенос данных Собранные данные можно перенести в ПК

Передача данных Последовательный порт RS 232 С, внутренний по-следовательный порт

Рабочая температура –20 оС до + 40 оС Память 8 Мb Питание NiCd и резервная батарея для памяти Дополнительные приборы

приемник GPS, Bluetoth, адаптер USB

Работа с мерной вилкой Masser Racal 500 достаточно пользоваться одной

рукой, что позволяет использовать это устройство в самых неблагоприятных условиях, например, когда деревья очень ветвистые или находятся в трудно доступных местах (рис. 4). Вторая рука, таким образом, всегда свободна для выполнения других задач, например для нанесения маркировки, или просто для поддержания равновесия. Через порт RS 232 возможно подключение устройст-ва к персональному компьютеру или принтеру. Эта модель была разработана специально для проведения таксации леса и выдерживает работу в самых слож-ных условиях и в течение многих лет.

Рис. 4. Электронная мерная вилка Masser Racal 500

• Мерная вилка Masser Racal 500 сделана из легкого и прочного алюминие-вого сплава

• Водонепроницаемый корпус и высококачественные подшипники обеспе-чивают надежное использование на многие годы

• Эффективный микропроцессор и быстродействующая память емкостью 4 Mb позволяют проводить различные типы измерений с широким выбо-ром программного обеспечения

23

Технические характеристики электронной мерной вилки Masser Racal 500 аналогичны приведенным в табл. 3, за исключением емкости памяти.

Компьютерная мерная вилка Haglof Digitech Professional, разработана при

интенсивном содействии профессиональных лесоводов и таксаторов, является полным набором инструментальных средств для различных применений в ра-боте по инвентаризации леса (рис. 5).

Рис. 5. Компьютерная мерная вилка Haglof Digitech Professional С подключенной шкалой диаметра можно легко собирать и хранить дан-

ные о диаметрах деревьев. Устройство карманного ПК имеет надежную память большого размера. Данные хранятся в постоянной памяти, которая не нуждает-ся в резервных батареях. Компьютер также может работать автономно, что очень удобно, когда нет необходимости проводить работы по измерению диа-метра. Прочный, легкий и водостойкий КПК Digitech Professional предназначен для работы в тяжелых погодных условиях и суровой окружающей среде.

Кнопки Digitech Professional сконструированы так, что оператор может ра-ботать с устройством в перчатках. Встроенные разделы меню расположены ло-гично, а навигация выполняется с помощью кнопок со стрелками. Карманный ПК оборудован большим дисплеем со встроенной подсветкой и свойствами текста с разными размеры шрифта.

Компьютерная мерная вилка Haglof Digitech Professional имеет встроен-ные, экологически безвредные NiHm батареи, заряжаемые с помощью адаптера и трансформатора переменного/постоянного тока, которые идут в комплекте с оборудованием. Зарядка может проводиться через кабель связи и автомобиль-ный адаптер источника питания (дополнительное оборудование). Энергопо-требление батареи достаточно низкое и, в зависимости от используемых опера-тором приложений, карманный компьютер может работать несколько дней или недель на одном цикле зарядки.

24

С помощью беспроводной связи Bluetooth карманный ПК Digitech Professional связывается с внешними устройствами, такими как GPS и сканер штрих-кода. Встроенный инфракрасный прием предоставляет прямую связь с Vertex III и Vertex Laser VL400 для ввода данных о высоте. С помощью адапте-ра у Digitech Professional имеется также опция связи через последовательный порт. Захват штангенциркуля Digitech Professional может складываться, что су-щественно упрощает транспортировку и хранение в ограниченном пространст-ве. Хорошо продуманный, эргономичный дизайн делает Digitech Professional удобным для транспортировки, безопасным для эксплуатации и эффективным для работы по сбору данных.

Талица 4 Техническая характеристика компьютерной мерной вилки

Haglof Digitech Professional [14]

Память 32Мб флэш-память файловой системы. Постоянная-память с высокой надежностью. 2Мb быстродейст-вующее ОЗУ

Процессор: 32-битный процессор с малым потреблением мощно-сти

Дисплей Графический монохромный, графический интерфейс 128x64 точки

Подсветка: Имеется. Улучшает видимость в ночных условиях Диапазон измерений 500 мм; 650 мм; 800 мм; 950 мм; 1020 мм

Клавиатура Кнопка Ввод/Выполнить и четыре (4) кнопки со стрелками. Кнопки для быстрого перехода (подсветка, отключение, Выход, ввод Высоты с Vertex)

Класс защиты IP 67 (водонепроницаемый) Точность ± 1 мм. Вес 1 кг. Рабочее время 200 часов без подзарядки Перенос данных Собранные данные можно перенести в ПК Коммуникационный порт

Последовательный порт RS 232С

Рабочая температура

–20 оС до + 60 оС

Питание

Аккумуляторная батарея NiHm. Широкодиапазонное входное напряжение 9-30Вт Энергопотребление: более одной недели на один цикл зарядки батареи (в зависи-мости от применения)

Шкала: Алюминиевая, не отражающая, нестирающиеся цифры

Средства связи: Встроенный Bluetooth, Внешний последовательный порт, USB через программный ключ Bluetooth, встро-енный инфракрасный приемник Vertex

25

Электронная мерная вилка Haglof Mantax Digitech — прочная, легкая, на-

дежная, водостойкая предназначена для работы в самых тяжелых погодных ус-ловиях и суровой окружающей среде (рис. 6).

Рис. 6. Электронная мерная вилка Haglof Mantax Digitech Кнопки вилки Mantax Digitech сконструированы так, что оператор может

работать с устройством в перчатках. Разделы меню легко читаемы, расположе-ны логично, а навигация выполняется с помощью кнопок со стрелками.

Встроенный инфракрасный порт предоставляет прямую связь с ультразву-ковым высотомером Haglof Vertex IV и лазерно-ультразвуковым дальномером Vertex Laser VL400 для ввода данных о высоте. С помощью адаптера Mantax Digitech получает возможность связи с компьютером через последовательный порт.

Хорошо продуманный, эргономичный дизайн делает мерную вилку Mantax Digitech удобным для транспортировки, безопасным для эксплуатации и эффек-тивным для работы средством по сбору данных.

Талица 5

Техническая характеристика электронной мерной вилки Haglof Mantax Digitech [14]

Память Более 8 000 замеров

Процессор: 32-битный процессор с малым потреблением мощно-сти

Дисплей LCD 8 сегментов, 4 знака. Подсветка: Имеется. Улучшает видимость в ночных условиях Диапазон измерений 500 мм; 650 мм; 800 мм; 950 мм. Клавиатура Кнопка Ввод/Выполнить и две управляющие кнопки Класс защиты IP 67 (водонепроницаемый) Точность ± 1 мм Вес 690 гр.

26

Рабочее время более 3 месяцев Перенос данных Собранные данные можно перенести в ПК Коммуникационный порт

Последовательный порт RS 232С

Рабочая температура –20 оС до + 60 оС Питание 1,5 В (АА) Шкала: Алюминиевая, не отражающая, нестирающиеся цифры Средства связи: Встроенный инфракрасный и радио порты

Лазерные указатели для мерных вилок Haglof-Gator Eyes позволяют изме-

рять диаметр дерева с расстояния. Можно замерить диаметр в любой точке стоящего дерева, а также диаметр веток (кроны).

Лазерные указатели Gator Eyes совместимы со всеми мерными вилками Haglof, которые превращают в универсальные (комбинированный) измеритель-ные приборы.

а б Рис. 7. Мерная вилка Haglof-Gator Eyes с лазерным указателем: а — общий вид мерной вилки; б — пример использования

Талица 6 Техническая характеристика мерной вилки с лазерным указателем

Haglof Gator Eyes [14]

Включение Одна кнопка Размер от 200 до 400 мм Вес 80 гр. Максимальное расстояние 40 м Рабочая температура от – 15оС до + 45оС Питание 2 х 1,5 В (АА)

27

1.4. Технология таксационных измерений Технология лесной таксации основана на геометрических измерениях де-

рева: диаметра ствола, высоты дерева, размера кроны. В настоящее время ис-пользуют ручной способ определения размеров дерева с помощью приборов для таксации, как это показано на рис. 8.

а б

в Рис. 8. Таксационные измерения:

а, б — измерение диаметра и окружности ствола; в — схема измерений высоты дерева

Если при измерении диаметра ствола дерева измерения производят при

помощи инструментов (см. рис. 3—7) или гибкой линейкой (рулеткой), то для определения высоты дерева используют дистанционный высотомеры (лазер-ный, ультразвуковой), которым измеряют высоты h1, h2 и расстояние до объекта измерения (дерева) L (см. рис. 1, 2). Из прямоугольных треугольников высчи-

28

тывают как отношение гипотенузы к прилегающему катету или через тангенс угла между катетом и гипотенузой:

H = h1 + h2, задание, вычислив углы при точке О.

Современные высотомеры автоматически вычисляют углы расстояния L с учетом наклона поверхности земли S (рис. 9) и выдают готовый результат h, ко-торый можно сохранить в памяти таксационного калькулятора, с последующим переносом данных в персональный компьютер.

Рис. 9. Схема измерения высоты дерева с учетом наклона поверхности

земли Для автоматизированной системы подойдут только стационарный приборы

таксации. На рис. 10 изображена схема устройства для осуществления измере-ния диаметра дерева и его диагностики [15]. Устройство включает основание 1, измерительный узел 2 и блок 3 вычислительное устройство. Основание 1 вы-полнено в виде кольца с заданной площадью поперечного сечения. На измери-тельном узле 2 установлены 4 датчиков линейных размеров, радиально обра-щенных к его оси 5. Промежуточным линейным параметром является расстоя-ние li вдоль образующей 7 каждого сектора 6 от соответствующего датчика 4 до измеряемого объекта 8. Выходы датчиков 4 подключены через первичные пре-образователи 9 к соответствующим входам блока 3, выход которого подключен к блоку 10 индикации. Кольцо 1 устанавливают на подающем конвейере 11 та-ким образом, что его ось 5 находится в пределах площади измеряемого сечения, образующего при этом на секторах 6 трапециевидные участки 12.

В качестве датчиков 4 могут быть использованы датчики, как с контакт-ными, так и с бесконтактными чувствительными элементами: гибкие механиче-ские, акустические, оптические, например ультразвуковой преобразователь ЭХО-2.

Для этого определяют площадь Si участка 12 каждого сектора 6 по извест-ному значению расстояния li, вычисляют сумму площадей всех участков 12, а затем - разницу между известной площадью поперечного сечения кольца и най-

29

денной суммой. При этом для вычисления площади участка 12 его форму при-нимают либо приближенной к трапеции, либо, более точно, приближающейся к разности площадей совмещенных секторов двух кругов с общим центром, т. е. во втором случае площадь Si участка 12 определяется по формуле (в случае ра-венства дуг секторов 6 при равномерной установке датчиков 4)

[ ]2221 )( ii lrr

nSSS

ii−−=−= π или

+−−= +2

12

2ii

i

llrr

nS

π

где r — радиус кольца 1; n — число секторов 6 (датчиков 4); S1i — площадь i-го сектора кольца 1; S2i — площадь i-го сектора измеряемого сечения.

Рис. 10. Схема расположения датчиков на объекте измерения:

1 — основание; 2 — измерительный узел; 3 — вычислительное устройство; 4 — датчик; 5 — ось; 6 — сектора; 7 — образующая; 8 — объект измерения (де-рево); 9 — первичные измерительные преобразователи; 10 — дисплей

30

Технология диагностики древесины необходима для того чтобы понять, что происходит с деревом, отчего оно ослаблено или гибнет. Необходимость в всестороннем и детальном обследовании дерева так и окружающее его про-странство дерево (изучить почву, определить ее плотность, количество кисло-рода, провести агрохимический анализ). Также строение и состояние кроны и корневой системы, точно установить его возраст, измерить высоту и диаметр. Получив, таким образом, достоверные данные, в дальнейшем по приросту можно определить, как дерево станет реагировать на проводимое лечение.

Но самое главное в череде обследований то, что стало возможным только с появлением специального оборудования, т.е. «заглянуть» внутрь дерева, опре-делить качество внутренних слоев, установить, нет ли явных пороков. При об-наружении внутренних трещин и скрытых гнилей необходимо четко представ-лять их размер и протяженность (рис. 11).

а б Рис. 11. Оборудование для диагностики дерева:

а — расположение датчиков; б — результат обработки исследования Один из важных показателей — стадия развития гнили. Опираясь на него,

можно контролировать происходящие во времени стволовые изменения и по соотношению здоровой и поврежденной древесины, а также в зависимости от других данных, определять степень опасности дерева.

Сегодня достоверные данные о внутреннем состоянии дерева может полу-чить только применяющий современное диагностическое оборудование и умеющий анализировать полученные данные.

Следует заметить, что далеко не все привозимое из-за рубежа оборудова-ние для диагностирования состояния деревьев можно назвать качественным. Спрос на подобное оборудование в странах Европы высок, некоторые берутся

31

его производить, а к нам зачастую, исходя из материальных соображений, заво-зят самые дешевые аналоги, которые не дают качественного результата и не по-зволяют достоверно определять многие важные показатели. Использовать в та-ком тонком деле, как диагностика внутреннего состояния деревьев, следует оборудование размещенное на стволе дерева (рис. 11).

Приборы производства RINNTECH (Германия) предназначены для диагно-стики и оценки внутреннего состояния деревьев, служит для четкого и деталь-ного установления мест повреждения древесины, определения остаточной прочности слоев, возраста дерева, характеристик прироста. Их принцип дейст-вия основан на бурении ствола дерева. В забуренное отверстие вставляются из-мерительные зонды с помощью которых плотность древесины методом плотно-стные сопротивления. При этом здоровой древесине практически не причиня-ется вред.

ARBOTOM представляет собой пространственный импульсный томограф для проведения анализа состояния внутренней структуры деревьев. По сравне-нию с резистографом он отображает наиболее полную картину развития гнили в стволе, давая возможность оценивать ее распространение, как по площади се-чения ствола, так и по высоте. Принцип действия прибора основан на измере-нии времени прохождения звуковых импульсов через разные участки ствола дерева. Стволовые гнили снижают плотность древесины, и прибор надежно вы-являет такие участки ствола. Наличие нескольких сенсоров («органы чувств» прибора, их может быть до 24) позволяет получить целостную картину распро-странения гнили по стволу. Данные обрабатываются специальным программ-ным пакетом. При установке его на ноутбук прибор готов к работе в полевых условиях.

В комплексе с ARBOTOM прибор ARBORADIX, позволяющий определять распространение и положение основных корней дерева, диагностировать их со-стояние, выявлять наличие корневой гнили.

32

Глава 2. Особенности использования RFID-технологии Как отмечалось выше, автоматизированный мониторинг лесов возможен

только при наличии системы специализированных устройств и приборов. Анализируя ранее созданные таксационные системы, например, с исполь-

зованием авиации и космонавтики пришли к выводу, что такие системы полез-ны в глобальном масштабе, которые способны оценивать некоторые показатели изменений, влияющие на климатические обусловленные закономерности. Так-же с использованием аэрокосмической съемки определенных участков лесных угодий с нанесением на нее проблемных участков, пробных площадей. Приме-ром может служить разработанная в НПО Тайфун совместно с ВНИИСХМ ав-томатизированная система дистанционного контроля природной среды, кон-троля пожаров [16, 4]. ГИС или предлагаемые ранее системы способны форми-ровать информацию для ведения лесного кадастра, о прокладке дорог и мест промышленной заготовки древесины. Такие данные используется как оценоч-ные определенных лесных участков, а информацию о фитомассе можно полу-чить только при сложной спектральной обработке аэрофотоснимков.

Нами предложена «персонифицированная» автоматизированная информа-ционная система по сбору, передачи и обработки данных на основе RFID-технологии, которая предназначена для геоинформационной мониторинговой системы управления лесами (ГИМС УЛ) (см. рис. 12).

Рис. 12. Структурная схема RFID-системы для сбора данных о лесе

Она включает сбор данных о приросте дерева, влажности, температуры,

наличия гнили, концентрации СО2 передачи данных и расчет фитомассы с оп-ределением количества углерода. Кроме того, система способна полному ком-мерческому учету древостоя. RFID-технология позволяет избавиться от про-блемы электропитания приборов учета в лесу. Исследования показали, что на-

33

веденная электромагнитными волнами энергия от RT-сканера в контуре RFID-системы позволит произвести измерение прироста древесины и передать их приемнику RT-сканера.

Ранее также были попытки создания технологий измерения состояния ле-сов, наблюдения за лесами и противопожарная защита лесов. В основе их ле-жит метод фотографирования лесных участков с последующим сравнением с предыдущими снимками. Фотографирование возможно производить из космоса или с самолета. Соответствующая аппаратура имеется, но теряется оператив-ность получения данных.

В сравнении способами, основанными в середине 20 века, которые активно используются и в настоящее время. Основной способ и технология по сбору данных об основных параметрах леса (диаметре и высоте ствола, фитомассе и пр.), это использование постоянных и временных пробных площадей (ППП, ВПП или ПП) на которых производятся определенные измерения параметров леса в течение определенного времени. Недостаток, это временной фактор — исчисляется годами, сезонами, а сбор данных осуществляется экспедициями. Трудоемкость такого способа сбора информации о динамике леса весьма высо-ка, низкая оперативность, а также сказывается человеческий фактор на точ-ность измерения показаний и статистическую обработку.

2.1. Сущность сканирующих технологий таксационных измерений Авторы [17] отмечают, что государственная система учета лесного фона

пока еще не адаптирована к этой задаче, а это означает, что есть место по раз-работке программы по организации сбора и учету данных об углеродном фоне лесов, хранению (депонированию) и анализу (оперативному, стратегическому) этих данных, т.е. создания банка данных. Отмечается, что такая задача не мо-жет выполняться с помощью бумажных носителей, предлагается использовать географическую информационную систему (ГИС), что очень важно для науч-ной и хозяйственной деятельности по квотированию углеродной величины. ГИС и др. международные информационные системы принимают готовые дан-ные в определенном формате (структуре) от определенных источников, вклю-чая и аэрокосмонавтику, а так же обрабатывают и передают их. Кто и каким образом будет собирать готовить данные о лесе на территории России остаются на сегодняшний момент под вопросом. Хотя, существующие организации и со-общества, например, ГИС-Ассоциация, GIS-Lab.info и др., которые частично выполняют некоторые работы связанные с учетом лесных ресурсов, т.е. выпол-няют роль посредника. Объем работы, который представляется выполнять по сбору и первичной обработке информации о лесе, как мы понимаем, еще ни кем не просчитывался. На самом деле, объем информационных работ очень велик. На наш взгляд, необходима система представления информационных ресурсов, которая должна обладать достаточной информационной мощностью создания баз данных о лесе, т.е. не только о лесных кадастрах, но и другую информацию, например о приросте леса, фитомассе и пр. По этому необходима автоматизи-

34

рованная система по сбору, сортировке первичной информации и формирова-ния данных для информационной системы.

ГИС система или предлагаемые ранее способны формировать информацию для ведения лесного кадастра, о прокладке дорог и мест промышленной заго-товки древесины. Информацию о фитомассе можно получить только при спек-тральной обработке аэрофотоснимка.

Такая информация используется как оценочная определенных лесных уча-стков [4, 5, 6]. Все дело заключается в том, что ГИС основана на построение ви-зуальных 3D моделях при сканировании поверхности земли, т.е. надо полагать (т.к. алгоритмы вычислений в моделях создателями ГИС не опубликованы), что используется информация, измеренная высоту деревьев, по цветовому спектру определены виды деревьев. Высоты точек AR получают в условной системе от-носительно изобарической поверхности Е' (рис. 13), определяя из выражения

НR = D + ∆D.

Рис. 13. Схема определения высоты деревьев при аэрокосмическом скани-

ровании: ∆D — высота деревьев (вычисляемое расстояние); S — точка скани-рования (центр проекции); D, HR — измеряемые расстояния

Величина D вычисляется по формуле D = 0,5vT, где vT — скорость и время

распространения сканирующего сигнала. Отсутствует информация о сканирующих радарах установленных на спут-

никах. Если у них длина волны выше 3 см, то лиственные породы деревьев в зимнее время будут смоделированы по данным летнего периода. Объявленная точность ±10 см. В большинстве случаев такая точность вполне оправдана, по-этому и нашла широкое распространение в настоящее время, но не способна удовлетворять потребности в будущем.

Возникает вопрос о создании новой информационной системе, где учиты-вались бы индивидуальные особенности отдельных деревьев или особенности участка леса, например ППП. Предлагаемая нами автоматизированная система сбора данных о лесе, основанная на современных технических решениях, по-зволяет использовать индивидуальный подход к получению информации о

35

приросте древесины, фитомассе, влажности, температуре, а самое главное, о концентрации СО2 и др. параметры. Основана система на зарекомендовавшей себя RFID-технологии контроля за объектами. Эта система основана на разра-батываемом (новом) стандарте Gen 3, который позволит ввести контроль на частоте 2,4—2,5 ГГц с алгоритм блочного шифрования с длины ключа 128 и 256 бит (ГОСТ 28147-89 и ГОСТ Р 34.10-2001). В настоящее время используют стандарт Gen 2 с длиной кодового ключа 64 и 96 бит. Так в формате данных EPC Type х можно закодировать информацию о 79 228 162 514 264 337 593 543 950 336 объектах на 79 резонансных частотах. Система состоит из сканирующего устройства — считывателя информации, расположенного на летательных аппаратах (включая и спутники) или перенос-ного (возимого на автомобиле или у перемещающегося человека) и устройств, расположенных на объектах, в лесу, изготовленных по RFID-технологии (RFID-устройство).

2.2. Возможность использование радиочастотных устройств малой мощности для сбора и переда информации в лесу

В настоящее время на кафедре автоматизации производственных процес-

сов разрабатываются приборы RFID-системы для мониторинга лесных насаж-дений на частотах 900 МГц [6].

Проектирование автоматизированных систем по сбору информации в лес-ных массивах, при различных погодных условиях, отсутствием электропитания — не простая задача, но решаемая (как показали исследования). Устойчивость работы устройств, длительное время возможно, если для системы измерения, обработки и передачи информации использовать энергию передатчика опроса датчиков. Система обладает такими возможностями, которые при небольшом времени опроса накопят энергию из несущей для измерения и передачи данных приемку опроса. С этой цель проведены исследования на прохождения радио-волн в лесу, их ослабления элементами деревьев.

Леса с их неоднородностью строения, положения, плотности прорастания сильно ослабляют прохождение радиоволн внутри лесного массива. Исследова-лись возможности использования радиоволн в сложных лесных условиях для передачи информации об основных параметрах леса: приросте древесины от датчика к сканирующему устройству (рис. 12). Количество данных, их характер от одного объекта столь разнообразен, поэтому рассматривались различные ва-рианты формирования посылок с данными, на разные расстояния и на разных частотах. Способ модуляции несущей частоты также играет значимую роль в передачи данных. С другой стороны, посылка должна быть короткой. По преж-нему стоит вопрос использовать проверку подтверждения о приеме посылки или нет.

Исследования средних крупномасштабных ослаблений принимаемой мощ-ности в лесу при произвольном расстоянии представлены на рис. 14.

36

Рис. 14. Результаты экспериментальных исследований ослабления радио-

волн в лесных участках с различным древостоем: PL — ослабление мощности в радиоканале; d — расстояние между излучателем и приемником; n — параметр дифракции

На рис. 14 цифрами обозначены кроны породы деревьев на опытном уча-

стке леса, которые располагались между излучателем и приемником на рас-стоянии от 10 мм до 10 м: 1 — сосна; 2 — береза; 3 — пихта; 4 — ель; 5 — ли-ственница. На расстояниях до 150 мм поглощение принимаемой мощности фак-тически не наблюдалось. На расстоянии 140—200 мм в некоторые опытах ока-зывалось снижение мощности на 7—9 дБ. Такие же значения наблюдались и на расстоянии 1 м. Подобное можно объяснить рельефом местности, природными и погодными условиями во время измерения снижения мощности.

Измерения показали, что экспериментальные величины ослабления мощ-ности в радиоканале может лишь в первом приближении описываться извест-ным нормальным логарифмическим законом (равномерным по шкале дБ):

σσ Xd

dndPLXdPLdPL ++=+=

0

lg20)()()( 0 ,

где )(),( 0dPLdPL — средние крупномасштабные потери при произвольном и опорном расстоянии между излучателем и приемником (черта показывает среднее из возможных значений потерь для данного расстояния d), дБ;

37

d — расстояние между излучателем (R) и приемником (T), и от излучате-ля до границы отсчета, м;

d0 — опорное расстояние равно 0,1 м; n — показатель степени дифракции, показывающий, с какой скоростью

возрастают потери передачи от расстояния; Xσ — случайная величина c нормально-логарифмическим законом рас-

пределения со стандартной девиацией зависящая от проводимости среды σ, дБ. Данная формула использована для расчета ослабления в исследуемой сис-

теме. Величины n и d взяты из экспериментальных исследований при Xσ = 0 (рис. 14).

Поскольку значение PL(d) случайная величина с нормальным распределе-нием по шкале дБ от расстояния d, то можно считать, что также случайно рас-пределена функция мощности, принимаемая антенной PR(d) = PT(d) – PL(d), где PT(d) — мощность, излучаемая антенной передатчика c коэффициентом усиле-ния Gt на длине волны λ и на расстоянии d на открытом неограниченном про-странстве n = 2.

Для оценки отражения от поверхности кроны, сучьев и стволов деревьев использовали сетку кривых, предложенную Okumura для расчета среднего ос-лабления сигнала относительного ослабления в свободном пространстве Amu. В условиях многократного отражения с квазигладким профилем с изотропной по-верхностей, поднятой на эффективную высоту hte станции опроса и RFID-датчика поднятого на высоту hre (hte >> hre). Графики получены в результате множества измерений с ненаправленными антеннами станции опроса и датчика приемника и представлены в виде графика для диапазона частот 100—1920 МГц как функция расстояния от 1 до 100 км.

Для определения потерь на радиолинии рассчитывается ослабление поля в свободном пространстве, затем по кривым графика (рис. 15) определяется ве-личина Ama(f,d) и добавляются к ослаблению в свободном пространстве с кор-ректирующей поправкой, зависящей от степени неровности профиля между датчиком и станцией опроса (радиотрассы):

L50 = – LF + Ama(f, d) – G(hte) – G(hre) – GAREA, дБ где L50 — средняя величина потерь;

LF — потери в свободном пространстве; Ama — усредненное дополнительное ослабление, обусловленное влиянием

земной поверхности; G(hte) — эффективное усиление передающей антенны; G(hre) — эффективное усиление приемной антенны; GAREA — поправочный коэффициент из графика на рис. 16.

38

Рис. 15. Частотная зависимость усредненного ослабления сигнала по от-

ношению к свободному пространству для квазигладкого профиля радиотрассы

Рис. 16. Поправочный коэффициент, обусловленный профилем радиотрас-

сы

39

Кроме того, Okumura нашел, что величина G(hte) изменяется по закону 20 дБ/декада, а G(hre) для высот менее 3 м — 10 дБ/декада:

Модель полностью построена на экспериментальных данных, что облегча-

ет ее использование в различных расчетах. Графики, полученные Okumura, можно экстраполировать для различных условий, в зависимости от решаемой задачи. Модель Okumura наиболее простая и достаточно точная для расчета по-терь в системах передачи данных по радиоканалу. Она является стандартом при расчете систем связи и устройства сетей, передачи данных в Японии.

Главный недостаток модели — работа с графиками и невозможность пол-ноценно учесть быстроизменяющиеся условия в профиле радиотрассы, напри-мер порывы ветра, наклон (колебания кроны), дождь и пр.

В основном рассмотренный метод используется для расчета радиолиний в сложных, с неоднородностью районах. Разница расчетных и экспериментально измеренных напряженностей поля обычно не превышает 10—13 дБ.

Данные исследования показали, что создание автоматизированной систе-мы по сбору и передаче данных для экологического мониторинга леса прием-лема при условии, что будут найдены определенные конструкторские решения по увеличению дальности канала передачи данных в RFID-системе, т.е. увели-чение мощности радиопередающих устройств или при определенной длине волны λ. При дальнейших исследованиях необходимо получить данные в раз-личные время суток, при различной влажности воздуха и кроны деревьев, как при низких, так и при высоких температурных режимах работы устройства.

Показана существенная роль лесных массивов с неоднородной средой для прохождения (отражения) составляющей радиоволн при RFID-технологии пе-редачи информации, а также роль и значение при проектировании позиций дат-чиков сбора данных о лесе.

Радиоволны от передатчика станции опроса к приемнику RFID-датчика и обратно в системах сбора информации о лесе крайне разнообразны: от их пря-мой видимости до сильно закрытого препятствиями, стволами и кроной деревь-ев. В отличие от проводной связи, где параметры постоянны, в беспроводной радиоканал передачи данных имеют существенно случайные параметры, часто сложно анализируемые. Моделирование радиолинии — наиболее сложная за-дача проектирования радиосистем [18]. Оно в основном выполняется статисти-

40

чески с использованием данных экспериментов, выполненных порой именно для такой же или аналогичной системы.

Механизм распространения радиоволн в системах связи различен, но в ос-новном может быть представлен отражением, дифракцией и рассеянием. Боль-шинство систем работают в местах с отражающими элементами, где нет пря-мой видимости антенн передатчика и приемника, а наличие высоких деревьев вызывает большие дифракционные потери. Благодаря многократным переот-ражениям от различных объектов, радиоволны проходят различный путь. Ин-терференция этих волн вызывает сильное изменение уровня сигнала от поло-жения станции опроса и RFID-датчика.

Моделирование распространения радиоволн, основано на предсказании среднего уровня принимаемого сигнала, на расстоянии от излучателя, а также в определении разброса его значений в зависимости от конкретной ситуации на радиотрассе. Расчет радиолинии позволяет определить зону обслуживания станции опроса и RFID-датчика. Моделирование среднего уровня сигнала в за-висимости от расстояния между передатчиком и приемником называется круп-номасштабным моделированием, поскольку позволяет определить сигнал на большом удалении (несколько сотен и тысяч метров). С другой стороны, моде-ли характеризуют быстроменяющиеся значения уровня принимаемого сигнала на малых смещениях (несколько длин волн) или за короткое время (секунды) — они называются мелкомасштабными моделями.

При перемещении приемника станции опроса относительно RFID-датчика на малые расстояния принимаемый сигнал может меняться очень сильно. Это происходит из-за того, что принимаемый сигнал представляет собой сумму многих волн, приходящих с различных направлений, проходящих разное рас-стояние и имеющих различную амплитуду и фазу. Суммарный сигнал подчиня-ется закону Релея. В зависимости от радиотрассы радиоканала мелкомасштаб-ная девиация может меняться на 3—4 порядка, т.е. уровень сигнала может ме-няться на 30—40 дБ (рис. 17).

Рис. 17. Изменение напряженности поля в зависимости от расстояния

до передающей антенны с учетом влияния случайных факторов на частоте 900 МГц

41

Если приемник станции опроса будет достаточно далеко, то средний уро-

вень сигнала убывает. Ниже будет рассматриваться крупномасштабная зависи-мость сигнала на входе приемника.

Разработана модель распространения волн в свободном пространстве, ко-торая используется для расчета принятого сигнала в условиях, когда передаю-щая и приемная антенны находятся на открытой незатененной препятствиями радиолинии. Эту модель можно применить для анализа радиоканалов связи че-рез спутники и для наземных радиолиний, работающих в диапазоне сверхвысо-ких частот. Мощность, принятая приемной антенной с усилением Gr, которая излучается антенной передатчика мощностью Pt c коэффициентом усиления Gt

на длине волны λ (м) на расстоянии d на открытом неограниченном простран-стве, рассчитывается по формуле

(1) Коэффициент усиления антенны определяется следующим образом:

(2) где Аэ — эффективная площадь поверхности антенны, м2

Длина волны связана с несущей частотой соотношением

м, (3) где f — частота; с — скорость света.

Принимаемая антенной мощность в соответствии с (1) убывает с ростом расстояния d со скоростью 20 дБ на декаду, т.е. пропорционально множителю 1/d2.

Потери передачи в радиоканале (отношение принятой и излученной мощ-ностей)

(4) Для изотропных антенн (коэффициент усиления каждой из них G = 1)

(5) Предыдущие выражения верны только для дальней зоны (или зоны Фраун-

гофера). Граница дальней зоны определяется условием:

(6а)

42

где D — наибольший размер антенны. Дополнительным условием дальней зоны должно быть выполнение соот-

ношений: df >> D, (6б) df >> λ.. (6в)

На больших расстояниях при расчете напряженности поля в точке приема иногда используют значение принимаемой мощности на некотором фиксиро-ванном расстоянии d0 – Pr(d0). Тогда на ином расстоянии d:

(7) Т.к. изменение уровня принимаемой мощности от расстояния очень вели-

ко, используют отсчет мощности в дБмВт (дБ по отношению к 1 милливатту) и дБВт (дБ по отношению к 1 Ватту):

(8) где Pr(d0) подставляется в Вт.

Следовательно, опорное расстояние d0 обычно выбирается равным 100 м (1

км) или кратным для связи на открытых пространствах (вне зданий). Для ра-диоканалов внутри зданий типичное значение опорного расстояния d0 = 1 м. В лестных массивах с высокой плотность деревьев на единицу площади значение опорного расстояния принять d0 = 1 м (d0 = d0л).

43

Глава 3. Методика выбор измерительных и RFID- устройств Проведенный анализ устройств [9, 11, 14], для измерения основных пара-

метров дерева, таких как диаметр, высота, размер кроны можно выделить два способа измерений: оптический, на основе лазерного луча полупроводникового диода; ультразвуковой, с использованием колебаний акустических волн свыше 25 кГц. На практике механические измерители диаметра ствола дерева исполь-зуют для ручного способа получение данных.

Выбор автоматизированного устройства, способного длительное время по-лучать данные о геометрических параметрах дерева промышленностью не вы-пускаются. Использовать существующие довольно проблематично, хотя неко-торые конструкции устройств возможны для решения данной задачи (после со-ответствующей доработки).

На кафедре АПП УГЛТУ в настоящее время разрабатываются стационар-ные устройства для определения диаметра (объема) дерева, высоты ствола, объема кроны, внутренней плотности древесины, а также устройство сбора и передачи полученных данных от измерительных устройств. Рассматриваются контактные и бесконтактные способы измерения диаметра ствола.

3.1. Измерительные схемы и расположения устройств на стволе дерева Для геометрических размеров дерева необходимо в автоматическом режи-

ме получать данные о диаметре ствола (Dст), высоты дерева (Hд) и диаметра кроны (Dк). При исследовании была сформулирована задача — возможно ли получить все данные с одного измерительного устройства (универсального) или необходимо иметь несколько устройств. В ходе рассмотрения этого вопроса к однозначному ответу придти не удалось, т.к. не все свойства взаимодействия измерительного устройства и дерева исследованы.

В результате исследовании установлено, что диаметр ствола лучше изме-рять на высоте h = 1,3 м, это принять на практике в соответствии со стандартом. В этом случае можно использовать соответствующие таксационные таблицы для проверки результатов измерений, рис. 18.

Гораздо труднее определиться с измерением диаметра кроны Dст, которую можно определять по максимальным выступающим точкам по периметру кро-ны с определенной точностью. Данный результат необходим для расчета фито-массы, рис. 18. Предложено несколько методик, которые при определенных ис-следованиях смогут подтвердить свое право на существование или ими можно пользоваться только при моделировании расчета фитомассы.

Как было показано в гл.1, традиционный бесконтактный способ измерения высоты дерева Hд вычисляется по наивысшей точке кроны от земли, методом прямоугольных треугольников (см. рис. 8), по этому измерительное устройство должно находиться на некотором расстоянии от дерева, а это не приемлемо.

44

а б

Рис. 18. Схемы расположения расчетных и измеряемых размеров на дереве: а — обозначение измеряемых размеров; б — точка расположения измеритель-ного устройства

Очевидным местом (точка А, рис. 18, б) для расположения измерительного

устройства на стволе дерева на высоте h = 1,3 м. Точка А указанная на рис. 18, удобна расположением измерительного устройства по нескольким позициям. Во-первых, она соответствует стандарту измерения диаметра ствола. Во-вторых, с этой точки можно сканировать крону для определения ее размера Dк с последующим расчетом.

Метод первый. Если измерительное устройство расположено с одной сто-роны, как это показано рис. 19, а, поз. 3, то можно измерить только часть кроны равную 0,5Dк. Соответствующим удвоением измерительного результата полу-чим размер кроны Dк. Погрешность зависит от однобокости кроны, наличия толстых сучков с южной стороны, плотности расположения листьев (хвои) со стороны сканирования.

Второй метод. Если расположить на стволе два, или четыре измеритель-ных устройства (см. рис. 19, а, поз. 2 и 6), то точность измерений увеличивает-ся. Как в первом, так и во втором случаях на погрешность оказывают кроны со-седних деревьев, которые соприкасаясь кронами, будут создавать измеритель-ную ошибку. Ее можно исключать, усложнив алгоритм вычисления и раздель-ное сканирование отдельных частей кроны. Ошибку можно выявить и устра-нить путем изменения параметров сканирующего устройства, например, изме-нив несущую частоту ультразвука или используя комбинированное измери-тельное устройство, например, ультразвуковое и лазерное сканирование кроны дерева.

45

У усложненных измерительных устройств есть недостаток, который ска-жется на времени обработке результатов и на увеличении потребляемой энер-гии питания измерительных устройств.

а б Рис. 19. Способы расположения измерительных устройств на стволе дерева:

1 — Объект измерений (диаметр дерева); 2 — Передатчик; 3 — Приемопере-датчик; 4 — Проводник УЗ-волн (концентратор); 5 — Отражатель; 6 — Прием-ник; Dст — Диаметр объекта измерения

На рис. 19 показано три схемы расположения ультразвуковых измеритель-

ных устройств диаметра на стволе дерева. Предлагаемый метод ультразвуково-го измерения диаметр ствола (Dст) заключается в измерении времени прохож-дения ультразвукового импульса (сигнала), т.е. электромеханических колеба-ний определенной частоты через материал объекта контроля. Различают им-пульсные и фазовый метод ультразвукового измерения диаметра ствола дерева. В ультразвуковых измерительных устройствах можно использовать доплеров-ские методы, так и прямой метод измерения времени прохождения измеритель-ного ультразвукового сигнала (импульса) или поглощения ультразвуковой энергии древесиной. Скорость прохождения ультразвука в древесины зависит от ее плотности, т.е. от возраста дерева, от структуры ствола, который включает кору, заболонь, сердцевину (см. Приложение 1).

Схема А включает приемопередатчик 3 и отражатель 5 (см. рис. 19, а). Приемопередатчик 3 вырабатывает измерительный импульс, направленный в сторону ствола дерева, который пройдя насквозь до отражателя 5, отразится от него и возвратится к приемопередатчику 3. Время прохождения пропорцио-нально удвоенному диаметру ствола дерева с известной скоростью прохожде-

46

ния ультразвука в материале (см. Приложение 1), которое можно определить по формуле

∑=2

ст iiА

TVD .

Схема Б включает передатчик 2 ультразвукового сигнала (импульса), уста-новленный с одной стороны ствола дерева, а с противоположной — установлен приемник того же сигнала (см. рис. 19, а). Поэтому время прохождения про-порционально диаметру ствола дерева с известной скоростью прохождения ультразвука в материале (см. Приложение 1), которое можно определить по формуле

∑= iiБст TVD .

Схема В включает приемопередатчик 3 и проводник ультразвуковых коле-баний 4 (см. рис. 19, б). В отличии от схем А и Б, где проводником ультразву-ковых колебаний является древесина ствола, которая имеет неоднородную плотность, а следовательно и скорость прохождения ультразвука, то проводник 4 изготовлен из однородного материала с определенной скоростью прохожде-ния ультразвука в нем. Время прохождения ультразвука в проводнике 4 про-порционально длине окружности ствола дерева (см. Приложение 1), которое можно определить по формуле

∑==ππ

iiВ

стст

TVСD .

В схемах А и Б можно применять концентраторы 4 ультразвукового сигна-ла (импульса) при передаче (приеме) от источника ультразвуковых колебаний к древесине. В зависимости от решаемой задачи источником ультразвука может служить пьезоэлектрический, кварцевый излучатель механических колебаний или магнитострикционный [19].

Схема ультразвукового измерительного канала, рис. 19, в зависимости от схем расположения ультразвуковых измерительных устройств на стволе дерева можно представить, как это показано на рис. 20.

а б Рис. 20. Схема ультразвукового измерительного канала:

а — для схем А и В; б — для схем Б и В Структурные схемы приемников и передатчиков в зависимости от конст-

рукции и задачи могут быть с различным количеством преобразователей и фильтров, с использованием микропроцессора или микросхем и транзисторов.

47

3.2. Выбор и обоснование RFID-устройств

RFID-устройства широкое применении нашли как системы радиочастот-

ной идентификации состоящей из метки, которая несет информацию об объек-те, считывающего устройства, которое получает информацию от объекта, и хост-устройства, которое производит непосредственно обработку данных, по-лученных путем считывания с метки. Структурная схема такой системы пока-зана на рис. 21. Хотя, разработчик системы (Л.С. Термен, 1946) закладывал со-вершенно другие цели, а именно возможность питание удаленного от станции маломощного передатчика, чтобы последний смог передавать информацию станции. Этот забытое свойство мы и предлагаем использовать в своих разра-ботках — экологического мониторинга леса с получением необходимой ин-формации.

Связь между меткой и считывающим устройством и передача информации осуществляется посредством радиоволн (см. рис. 21).

Рис. 21. Структурная схема принципа работы системы по сбору информа-ции

Системы RFID можно условно разделить на две группы по принципу рабо-

ты — это активные и пассивные. В активных системах используют транспондеры с источником питания.

Такая метка построена по схеме миниатюрного маломощного приемопередат-чика (рис. 22). Системы, построенные по такому принципу, имеют преимуще-ство в том, что они обладают хорошим соотношением сигнал/шум и как след-ствие большой дальности взаимодействия между меткой и считывающем уст-ройством. Но следствием применения на борту транспондера питающего эле-мента является высокая стоимость транспондера и ограниченный срок его службы.

В пассивных системах применяется метка без питающего элемента и взаи-модействие между считывателем и транспондером основано на принципе вза-

48

имной индукции. Антенна метки попадает в электромагнитное поле, создавае-мое антенной считывателя, и в ней посредством взаимной индукции наводится ток, затем полученная энергия переизлучается передатчиком меткой, и это излучение улавливается считывателем.

Рис. 22. Структурная схема радиочастотной метки Совершенно очевидны достоинства и недостатки таких систем. Недостат-

ком является малая дальность действия. Достоинством — низкая стоимость. Эти системы применимы для решения различных задач. Они на данный момент получают наибольшее распространение. Это свойство и предлагается использо-вать в системах мониторинга лесов.

То количество рабочих частот, которое используется в RFID технологии может неискушенного человека повергнуть в растерянность. Однако, ситуация несколько проще, чем это может показаться вначале. Если идти с минимальных частот к максимальным, существуют четыре диапазона, которые наиболее ши-роко применяются: 125 кГц, 13,56 МГц, 860—928 МГц и 2,45 ГГц.

Технология бесконтактной передачи данных между несущим данные уст-ройством (метка) и его считывателем (ридером) намного более гибка (рис. 23). Такие бесконтактные системы передачи мощности и данных позволяют переда-вать данные, хранящие в памяти. Все зависит в структуре данных, их назначе-ние, способ передачи (модуляции), отраженный сигнал модулируется измене-ниями импеданса чипа Zс (рис. 23).

Рис. 23. Технология бесконтактной передачи данных

49

Основа RFID метки является пассивный чип, который является сердцем метки. Он содержит данные о «себе», о данных, которые требуется передать считывателю (рис. 23).

Когда пассивный чип принимает сигнал вызова со считывающего устрой-ства, он преобразует радиочастотное излучение в энергию для запитывания чи-па. Затем чип изменяет характеристики поглощения своей антенны, модулирует сигнал и передает его на считывающее устройство при помощи рассеяния ра-диоволн (рис. 24).

Рис. 24. Схема, поясняющая принцип работы метки В RFID-системах обычно применяются простые для реализации методы

модуляции и схемы кодирования. Но некоторые из них могут быть спектрально неэффективными, где для заданной скорости передачи данных требуется на-дежная радиочастотная полоса пропускания. Перед модуляцией данные о при-росте древесины необходимо закодировать в последовательный поток инфор-мации. Имеется множество доступных схем двоичного кодирования, каждая из которых отличается уникальными преимуществами в спектральных свойствах группового спектра, сложностью кодирования и декодирования и проблемами, связанными с синхронизацией памяти. Пассивные RFID-чипы предъявляют к используемым схемам кодирования достаточно высокие требования. Это обу-словлено невозможностью точной синхронизации источников на самом чипе, проблемами, связанными с требованиями к полосе пропускания, и необходимо-стью передачи максимальной радиочастотной энергии для запитывания чипа. Наконец, для считывания всех чипов в зоне видимости устройства считывания требуется некий протокол обмена информации с защитой от конфликтов.

3.3. Управление лесами. Сбор данных о состоянии леса В России управление лесным хозяйством уходит в далекое прошлое. К

примеру, лесовосстановление берет начало с XVI века, когда в окрестностях Ярославля были заложены лесные культуры кедра. Из четырех тысяч подпи-санных Петром Первым указов, более 200 затрагивали вопросы лесного хозяй-

50

ства. Его Указ N 1995 от 19 ноября 1703 года «О запрете рубок леса в поймах рек» не только обеспечивал строительство флота, но и полноводность рек.

Именно Петр Первый всецело осознал и необходимость специального лес-ного образования. По его «Завещанию» Сенат в 1726 году пригласил с берегов Эльбы трех «знателей» за каждым, из которых закрепили по 5 учеников. Один из «знателей» Фогель — заложил впоследствии под Петербургом знаменитую Линдоловскую рощу, являющуюся сегодня объектом ЮНЕСКО.

С тех времен Россия превратилась в крупнейшую в мире лесную державу. Общий запас ее древесины составляет 81,5 млрд.куб.м., что в 35 раз превышает соответствующие показатели США и в 30 раз — Канады. Фактический объем лесопользования в Российской Федерации равен 120 млн.куб.м. (при возмож-ном объеме расчетной лесосеки в 550 млн.куб.м), а доля страны в мировом экс-порте необработанной древесины составляет 35%.

Предлагаемая методика сбора информации о состоянии древостоя, кон-троль за лесопользованием, т.е. персонифицированный учет состояния древо-стоя в лесу:

1) после предварительного обмера лесником прикрепляется на стволе дере-ва RFID-устройство с меткой;

2) RFID-устройство снабжено измерительной системой прироста древеси-ны, размера кроны, СО2, температуры, пороков древесины (гнили) и пр.;

3) считывающее устройство (стационарное или передвижное — автомо-биль, вертолет, самолет, спутник земли и т.д.) производит сбор данных и передает на сервер;

4) обработка полученных результатов, формирование базы данных о лесе (лесной кадастр). Возможно применение и активных RFID-устройств с меткой. На дерево

закрепляются датчики автоматического автономного измеритель диаметра ствола дерева, имеющие измерительный узел, панели солнечных батарей для питания и радиопередатчик.

Активные RFID-устройства (датчики) имеют сетевую структуру — менее энерговооруженные со слабым передатчиком датчики-сателлиты и мощный датчик для внешней связи. Связь между датчиками через ZigBee приемопере-датчик (основан на стандарте IEEE 802.15.4 и позволяет построить из ZigBee устройств сеть с ячеистой топологией). Связь с удаленными серверами (внеш-ним миром) осуществляется через GSM.

Технология работы системы. Датчик дальней связи постоянно отслеживает радиоэфир и если появляется сигнал (пролетает самолет с базовой станцией) — отправляет свои данные, и данные с датчиков-сателлитов. Также попутно дат-чики могут быть оборудованы приемниками сигналов с радиомаяков животных и сбора метеорологической информации, но надежность передачи этих данных не гарантируется.

Датчики предназначены на длительную эксплуатацию (30—50 лет) и по-этому спроектированы с использованием соответствующих схемотехнических и конструкционных решений.

51

Основной измерительный узел — емкостной датчик, где диэлектриком яв-ляется ролик с намотанной пленкой. Дерево растет, вытягивая пленку, толщина диэлектрика меняется. Для корректировки и поправки на старение диэлектрика и ТКЕ часть датчика не участвует в измерении и служит референсным узлом.

Рис. 25. Схема работы системы сбора информации о лесе Технические трудности при централизации сбора данных в основном ка-

саются безопасности, производительности, поддержания и обеспечения работы пользовательских компонентов в общей среде. Однако в общей среде нерабо-тающий компонент может привести к более масштабным последствиям для управления лесами. Следовательно, алгоритм информационные технологий должен устанавливать строгие ограничения на развертывание и поддержание пользовательских компонентов в централизованных системах. Плохо написан-ные компоненты могут открыть систему для атак с помощью введения SQL, межузловых сценариев или отказа в обслуживании. Необходимо обеспечить компонентам возможность выдерживать как стандартную, так и пиковую на-грузку и выполнение длительных операций. Следует убедиться, что компонен-ты не блокируют при одновременном использовании событий другие процессы и что компоненты выполняют надежную проверку ввода, чтобы пользователи не могли вставлять в колонки для обновления базы данных или удаленной веб-системы операторы SQL или сценарии.

Одним словом, задача состоит в создании надежной и масштабируемой серверной конфигурации на основе стандартных функций продукта. Опираясь на тщательно проверенные, универсальные решения, можно избежать ловушки многочисленных пользовательских компонентов. Логично держать клиентскую часть децентрализованной, а серверную — централизованной. Главное — ин-тегрировать компоненты слабо связанным образом, позволяющим повторное использование существующих решений.

52

Выводы и рекомендации

Основные выводы и рекомендации по результатам данной работы сводит-

ся к следующему: 1. Сформулирована задача персонифицированной системы учета древо-стоя на основе RFID технологии.

2. Исследованы ослабления радиоволн в лесных участках с различным древостоем, построена номограмма ослаблений.

3. Произведен анализ имеющихся технических средств измерения основ-ных параметров дерева: диаметра ствола, высоты, размера кроны. Рас-смотрены методы и способы геометрических измерений дерева.

4. Методика по выбору и конструированию измерительных устройств ав-томатизированной системы сбора данных о приросте дерева.

5. Сформулирована концепция системы сбора данных на основе ZigBee устройств, способных собирать, подтверждать, транслировать сигналы от измерительных устройств на сервер. При использовании подвижной технологии сбора данных или стационарной защита данных обеспечи-вается алгоритмом обработки с персонифицированным идентификато-ром RFID метки.

Список используемых источников

1. Разработка методики оценки энергоэффективности предприятий на основе сквозного энергетического анализа в лесном комплексе / Отчет о научно-исследовательской работе. Лисиенко В. Г., Санников С.П. и др.. — Екате-ринбург: УГЛТУ, 2007 — 82 с.

2. Данилов Н. И. Энергосбережение. Введение в проблему / Н. И. Данилов, А.И. Евпланов, В. Ю. Михайлов, Я. М. Щелоков. — Екатеринбург: Сократ, 2001 — 205 с.

3. Лисиенко В. Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г., Хрестоматия энергосбе-режения. В 2-х книгах/ под пед. В. Г., Лисиенко. — М.: Теплотехник, 2003, книга 1 — 608 с.

4. Санников С.П., Герц Э.Ф. Информационные технологии в управлении ле-сами // Информатизация процессов формирования открытых систем на осно-ве САПР, АСНИ, СУБД и системы искусственного интеллекта: Материалы 5-й межд. науч.-техн. конф. Вологда: ВоГТУ, 2009. — С. 269—271

5. Санников С.П., Герц Э.Ф. Круглогодичный мониторинг углерода в лесных массивах и управление лесами // Леса России в XXI веке [текст]: материалы первой международной научно-практической Интернет-конференции. Июль 2009 г. / Под ред. авторов. СПб.: СПбГЛТА, 2009. — С. 92—96.

6. Санников С.П., Лисиенко В. Г., Герц Э.Ф., Шлеймович Е. М., Шипилов В.В., Суслова С.С., Суслов Д. Г. Возможность экологического мониторинга

53

лесов (Possibility of the ecological monitoring wood) // Труды Российского на-учно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова. Серия: Инженерная экология. Выпуск: V. Материалы международ-ного симпозиума инженерная экология –2009 (совместно со школой-семинаром молодых ученых). Москва: Институт радиотехники и электрони-ки РАН. Институт проблем экоинформатики РАЕН, 2009. С. 75—83

7. Мартынов А. Н., Мельников Е. С., Ковязин В. Ф., Аникин А. С., Минаев В. Н., Беляева Н. В. Основы лесного хозяйства и таксация леса: Учебное посо-бие. 1-е изд. СПб.: Издательство Лань. 2008. 384 с.

8. Косарев В. П., Андрющенко Т. Т. Лесная метеорология с основами клима-тологии: Учебное пособие. 2-е изд. СПб.: Издательство Лань. 2007. 288 с.

9. Баур, Лесная таксация (пер. с нем. А. Шафранова, СПб., 1878); 10. Кунце, Учебник древоизмерения (пер. с нем. под ред. Ф. Арнольда, СПб.,

1878); 11. Рудзкий, Лесная таксация (1-е изд., СПб., 1880; 3-е изд., 1900); 12. Турский, Таблицы для таксации леса (1-е изд., 1872; 4-е изд., 1891); 13. Арнольд и Нидергефер, Вспомогательная книга для лесничих и лесовла-дельцев (2-е изд., СПб., 1893); Орлов, Таксация срубленного леса (Варшава, 1900).

14. Современные приборы и оборудование лесной таксации / Лесснаб. http://www.sampo.ru/~spolunin/articleslt2.htm

15. Ряховская С.Г. Способ определения площади поперечного сечения круг-лых объектов. Патент RU 2011158 C1, G01B5/26. 1994.

16. Алленов М.И. Автоматизированная система дистанционного контроля за-грязнений природной среды в спектральном интервале 1,4—13,5 мкм / М.И. Алленов, Г.В. Бирюкова, В.В. Вольвач, В.Н. Иванов, Н.Д. Третьяков // Ин-женерная экология – 2007: Материалы медунар. симпозиума. М.: ин-т радио-техники и электроники РАН, ин-т проблем экоинформатики РАЕН, 2007. С. 112—113.

17. Азаренок В.А., Усольцев В.А. Территориальное распределение углерода в лесных насаждениях России в свете обязательств по протоколу Киото. // Лесной вестник. Науч.-иформ. журнал МГУЛ. М.: 2008, № 3, издательство МГУЛ. С 5—7.

18. Шабунин С.Н., Лесная Л.Л. Распространение радиоволн в мобильной свя-зи: Методические указания по курсу «Распространение радиоволн и антен-но-фидерные устройства в системах мобильной связи»/С.Н. Шабунин, Л.Л. Лесная. Екатеринбург: УГТУ, 2000. 38 с.

19. Ковальчук Н.И. Расчет и проектирование пассивных элементовколеба-тельных систем / Реферат. Мн.: БГУИиР. 2008. 10 с.

20. Калиничев В., Курушин А. Проектирование антенны радиоидентификато-ра. http://ipso.ioso.ru/distance/RFID_3a.htm

54

Приложение 1

Скорость распространения ультразвука в материале (УЗК)

Продольные волны

Сдвиговые волны

Звуковое сопротивление Материал

Скорость, м/с Скорость, м/с Алюминий 6300 3100 17.0 Вода 1480 — 1.48 Воздух 330 — 0,0004 Глицерин 1900 — 2.42 Железо 5900 3200 45.4 Кварц 5800 2200 15.2 Латунь 4300 2000 36.7 Медь 4700 2300 41.6 Магний 5800 3000 10.0 Масло(SAE 30) 1700 — 1.5 Никель 5600 3000 49.5 Нейлон 2600 1100 2.9 Оргстекло 2700 1100 3.1 Олово 3300 1700 24.2 Полиэтилен 1900 500 1.7 Полистирол 2400 1100 2.5 Полиуретан 1900 — 1.9 Резина (твердая) 1800 — 2.0

55

Приложение 2

Пьезоэлементы ультразвуковые

Размер, мм Наименование Материал Комментарий 1,32x15 ЦТ24 цтс-19 3x 5 ЦТ26 цтс-19 4x 2 ЦТ22 цтс-19 5x 0,72 ЦТ10 цтс-19 6,3x15 имп, силовая 6,3x15 имп, силовая 6,3x15 отеч, силовая 8x 0,36 ЦТ20 цтс-19 8x 5 ЦТ33 цтс-19 8x 8 ЦТ32 цтс-19 8,15xd3x1 ЦТ18 цтс-19 10x 0,36 ЦТ21 цтс-19 12xd6x3 ЦТ36 цтс-19 кольцо 14,4x 1 ЭДП-15-01 ЦТ35 счетч 14,8x 2 ЭДП-15 ЦТ34 д/счетч 15x 0,5 ЦТ13 цтс-19 15x 0,7 ЦТ11 цтс-19 18xd 4x0,3 ЦТ19 цтс-19 18xd10x3,2 ЦТ6 цтбс-3 20x 0,72 ЦТ12 цтс-19 20x 0,8 ЦТ9 цтс-19 23x 0,2 ЦТ31 23xd21x80 25x 0,2 ЦТ2 цтснв-1 25x 0,4 ЦТ25 цтс-19 25xd19x80 28xd13x6 ЦТ7 цтбс-3 30x 1 ЦТ3 цтснв-1 30x 1 ЦТ5 цтснв-1 сфера 30x14 ЦТ14 цтснв-1 35x 7 ЦТ15 цтс-19 35xd20x7 38x 7 ЦТ27 цтс-19 38x 7 ЦТ28 цтс-19

56

38x10x2 пьезотрансф 38x10x2 пьезотрансф 38xd16x5 ЦТ8 цтс-19 40x12 ЦТ29 цтс-19 40xd32x5 ЦТ1 цтбс-3 41,2x 0,3 ЦТ23 цтс-19 46x16x2 ЦТ16 цтбс-3 48x 3+(m26x20x15) ЦТ шар

48xd16,5x6 50x 1,2 ЦТ17 цтбс-3 50x 2 50xd20x8 ЦТ30 цтс-19 56xd22x10 60x14x3 пьезотрансф 74xd66x2 ЦТ4 цтбс-3 74xd66x2 ЦТ4 цтбс-3 80x 8x3 пьезотрансф 80x12x3 пьезотрансф 80x12x3 ПТ-Р801203 пьезотрансф 80x15x3 ПТ-Р801503 пьезотрансф 80x24x3 пьезотрансф

83,5x20 отпуг. грызу-нов

82

Продолжение приложения 2

ЦТ24 ЦТ26 ЦТ22 ЦТ10 ЦТ0 ЦТ20 ЦТ33

ЦТ32 ЦТ18 ЦТ21 ЦТ13 ЦТ11 ЦТ19 ЦТ6

ЦТ31 ЦТ2 ЦТ25 ЦТ7 ЦТ5 ЦТ15 ЦТ27

ЦТ28 ЦТ1 ЦТ23 48 х 3 ЦТ30 ЦТ4

57