Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ
ОБЪЕМА ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ 12
1.1 ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ 12
1.2 МЕТОД СРЕДИННОГО СЕЧЕНИЯ (МЕТОД ГУБЕРА) 14
1.3 МЕТОД КОНЦЕВЫХ СЕЧЕНИЙ (МЕТОД СМАЛИАНА) 15
1.4 СЕКЦИОННЫЙ МЕТОД 16
1.5 МЕТОД ВЕРХНЕГО ДИАМЕТРА И СРЕДНЕГО СБЕГА 18
1.6 МЕТОД ВЕРХНЕГО ДИАМЕТРА И НОРМАЛЬНОГО СБЕГА 19
1.7 ОБЪЕМ БРЕВЕН по ТАБЛИЦАМ ГОСТ 2708-75 20
1.8 ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА 25
1.9 ШТАБЕЛЬНЫЙ (ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ) МЕТОД 29
1.9.1 Измерение складочного объема 30
1.9.2 Измерение полнодревесности штабелей 34
1.10 ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ 41
1.11 КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ 42
1.12 ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ и ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 47
1.13 Выводы І 47
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА 49
2.1 ЭТАПЫ, ОПИСЬЮАЮЩИЕ ПРОЦЕСС ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО
ЛЕСОМАТЕРИАЛА 49
2.2 ЭТАП ПОЛУЧЕНИЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ТОРЦОВ БРЕВЕН И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЕГО КАЧЕСТВО 49
2.3 СПОСОБЫ ВЫЧЛЕНЕНИЕ ИЗ ОТОБРАЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ОБЛАСТЕЙ, ОТРАЖАЮЩИХ ПЛОЩАДЬ ТОРЦА БРЕВНА
2.4 СПОСОБЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ТОРЦОВ 57
2.5 СПОСОБЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА КАЖДОГО БРЕВНА В СООТВЕТСТВИИ С
ПРИНЯТОЙ МОДЕЛЬЮ 64
2.6 СПОСОБЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕДИНЕННОГО ОБЪЕМА 65
2.7. Выводы 65
ГЛАВА 3 АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА
ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА ФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
3.1 АНАЛИЗ ОБЩЕЙ ПОГРЕШНОСТИ 67
3.2 АНАЛИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ
3.2.1 Погрешность дискретизации 69
3.2.2 Погрешность оптики 70
3.3 АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ 74
3.3.1 Погрешность модели. 74
3.3.2 Погрешность размытости границ перехода от древесины к коре 78
3.3.3 Погрешность расчета 80
3.4 ОЦЕНКА ИТОГОВОЙ ПОГРЕШНОСТИ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО
ЛЕСОМАТЕРИАЛА 84
3.5 ВЫВОДЫ 87
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУР АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА 88
4.1 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ АСИОЛ 88
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОГРАНИЧЕНИЙ НАКЛАДЬЮАЕМЫХ НА СИСТЕМУ 90
4.3 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ АСИОЛ 99
4.4 СИНТЕЗ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АСИОЛ 102
4.5 Выводы 106
ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА 107
5.1 ОБЩИЙ АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПО АСИОЛ 107
5.2 АЛГОРИТМ ВЫДЕЛЕНИЯ ОБЛАСТЕЙ ИЗОБРАЖЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИХ МАРКЕРЫ
5.3 АЛГОРИТМ ПОДСЧЕТА ПЛОЩАДЕЙ МАРКЕРОВ 112
5.3.1 Алгоритм распределения отрезков по их принадлежности маркерам 113
5.3.2 Алгоритм вычисления площадей маркеров 115
5.3.3 Алгоритм отсева ложных маркеров 1
5.4 АЛГОРИТМ ВЫДЕЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ 118
5.5 АЛГОРИТМ ПОДСЧЕТА ПЛОЩАДИ ДРЕВЕСИНЫ И ДИАМЕТРОВ БРЕВЕН 119
5.6 Выводы 122
ГЛАВА 6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА С ПОМОЩЬЮ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ 123
6.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 123
6.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗМЕРА ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАРКЕРОВ НА ПОГРЕШНОСТЬ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА 124
6.3 ВЛИЯНИЕ РАЗРЕШЕНИЯ МАТРИЦЫ ФОТОКАМЕРЫ НА ПОГРЕШНОСТЬ
ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА 127
6.4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ВЛИЯНИЯ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ОБЪЕКТИВОМ И ШТАБЕЛЕМ НА ПОГРЕШНОСТЬ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА 131
6.5 ВЛИЯНИЕ УГЛА ПРОВЕДЕНИЯ СЪЕМКИ НА ПОГРЕШНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТА 134
6.6 ВЛИЯНИЕ ЦВЕТА МАРКЕРОВ НА ПОГРЕШНОСТЬ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА 138
6.7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЕ ОСВЕЩЕННОСТИ МЕСТА СЪЕМКИ НА
ПОГРЕШНОСТЬ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА 141
6.S СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ДЕЛОВОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА
РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ 144
6.9 Выводы 146
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 147
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 149
Введение к работе
Актуальность темы Вопросам учета делового лесоматериала в настоящее время уделяется большое внимание на разных стадиях от заготовки до транспортировки и глубокой обработки. Возрастают требования, предъявляемые к организации производственного процесса в лесотехнических комплексах. Это вызвано постоянно растущим объемом информации, требующим оперативной и безошибочной обработки, а также необходимостью оптимизации и точного учета делового лесоматериала, как основы учета движения лесопродукции.
Особенностью круглых лесоматериалов является высокий (до 20%) уровень погрешностей измерений объема, что приводит к значительным недостачам или излишкам при ревизиях остатков лесоматериалов на складах, колебаниям расхода древесины на единицу продукции при ее переработке.
Автоматизация производственных процессов, замена ручного труда, введение современных технологий, упрощение, тем самым и удешевление технологии производства на любом его участке - это задачи, возникающие перед руководителями лесных предприятий различных уровней. В технологию определения объема поступающего делового лесоматериала также вносятся предложения по автоматизации процесса, то есть предложения по внедрению автоматизированных систем определения объема.
Существуют различные методы определения объема лесоматериалов, как поштучные, так и групповые. При больших объемах поступления круглого лесоматериала (в частности делового) можно воспользоваться двумя методами экспертизы - выборочным или сплошным. Стоимость сырья с каждым годом увеличивается, и экономия за счет точного учета поступления значительна. Предприятия применяют сплошной метод определения объема и качества сырья, так как он полнее отражает как качественные, так и количественные показатели и ведет к бесконфликтной приемке лесоматериалов. При возникновении рекламационной ситуации транспортное средство, будь то лесовоз, вагон или баржа, выгружается в специально отведенное место с указаниями реквизитов отправителя для проведения совместной приемки.
Качественный процесс учета является важной составляющей успешного функционирования предприятия. Одним из этапов учета делового лесоматериала является процесс измерения. Погрешность измерения различными, методами достигает 20%. Например, систематическая погрешность измерения объема круглого леса по ГОСТ 2708-75 достигает 11%, хотя установленные стандартом нормы допускают погрешность в 5%.
В нашей стране совершенствованием методов измерения объема круглого леса занимается Центр по стандартизации и сертификации лесоматериалов ООО "Лесэксперт". Основополагающие работы по исследованию методов измерении ведутся Курицыным А.К. и Дмитренко О.Ю. В этих работах рассматриваются методы измерения объема лесоматериалов, инструментальные средства реализации этих методов, погрешности измерения объема лесоматериалов. В настоящее время идет активный поиск и исследование новых технологий и инструментальных средств с целью повышения точности измерения геометрических параметров круглого лесоматериала. Примером такой деятельности может служить система «Фотоскан-авто», разработанная на базе института биологии Коми НЦ УрО РАН. В этой системе применяется фотометрический способ определения объема, предложенный Мартынюк З.П. Область применения системы «Фотоскан-авто» - целлюлозные комбинаты, где объем лесоматериалов производится с учетом коры. Еще одним примером разработки систем измерения геометрических параметров круглого леса может служить «Автоматическая система измерения объема круглого леса «Алмаз», отечественного производства. Эта система предназначена для поштучного измерения объема с учетом коры. Область применения этой системы лесопильное производство, где остро стоит вопрос оптимизации распиловки леса, и соответственно важны данные о кривизне и сбежистости каждого отдельно взятого бревна, а определение объема отходит на второй план.
За рубежом также проводятся исследования в этом направлении. В частности используются такие автоматизированные системы измерения: Limab АВ (Швеция, Ґетеборг) - системы измерения на основе лазеров, Visiometric Оу (Финляндия, Лаппенранта) - сканеры для сортировки и линий пиления, Dynalyse АВ (Швеция, Ґетеборг) - система по сортировке досок на прочность, Bintec OY (Финляндия, Холлола) - рентгеновские сканеры.
Перечисленные выше системы нашли применение и активно используются на лесных предприятиях России. Но существует область лесной промышленности, которая остается неосвоенной разработчиками автоматизированных систем - предприятия, экспортирующие деловой лес. Особенностью учета этих предприятий является определение «полезного» объема делового лесоматериала без учета коры, а также точность определения объема каждого бревна в отдельности с погрешностью менее 5%.
Объект исследования Объектом исследования является разработка метода построения автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала, на основе метода повышения точности измерения геометрических параметров лесоматериалов.
Цель исследования Целью диссертационной работы являются разработка и исследование метода проектирования систем, позволяющих автоматизировано производить измерения геометрических параметров для вычисления объема лесоматериалов с погрешностью не превышающей 5%.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи: • метод повышения точности измерения геометрических параметров делового лесоматериала; • разработка математической модели метода измерения параметров делового лесоматериала;
• расчет точности измерения, получаемой разработанным методом;
• разработка вариантов структур автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала;
• разработка метода построения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала;
• разработка алгоритмов измерения с помощью спроектированной автоматизированной системы;
• анализ результатов экспериментальных исследований работы полученных алгоритмов.
Методы проведения исследований
При выполнении настоящей работы использовался математический аппарат теории численных методов, теории дифференциального и интегрального исчислений, аналитической геометрии, теории рядов, теории оптических систем.
Научный результат:
• предложена новая классификация методов измерения объема делового лесоматериала;
• разработан новый бесконтактный фотометрический метод измерения геометрических параметров для вычисления объема делового лесоматериала;
• получена математическая модель для вычисления общей погрешности измерения объема делового лесоматериала фотометрическим методом;
• разработан метод формирования структурных схем автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала. Основные положения, выносимые на защиту:
• новая классификация методов измерения объема делового лесоматериала;
• новый фотометрический метод измерения геометрических параметров для вычисления объема делового лесоматериала;
• математическая модель общей погрешности измерения объема делового лесоматериала фотометрическим методом;
• расчет точности измерения;
• метод формирования структурных схем автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала.
Практическая ценность
Разработанный в диссертационной работе метод измерения геометрических параметров для вычисления объема делового леса может быть использован для широкого круга задач связанных с измерением объема и других метрических характеристик физических тел. Погрешность измерения объема делового лесоматериала этим методом составляет 4%.
Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается теоретическим обоснованием, программными реализациями предлагаемого метода, вычислительными экспериментами, а также, применением разработанного метода для решения практических задач, что подтверждается актом использования и внедрения результатов работы на предприятии ООО «Таглеспром», г. Таганрог.
Реализация На программное обеспечение автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала фотометрическим методом получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007611032. Апробация
Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях:
• VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов, Россия, г. Таганрог, 2004;
• IV Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Россия, г. Таганрог, 2006;
• V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», Россия, г. Томск, 2007;
• 14-ой Всероссийской мужвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2007», Россия, г. Москва, 2007.
По итогам работы выпущены 10 публикаций, среди них 5 статей, 4 тезиса докладов и одно свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007611032.
Структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 81 наименование и трех приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста.
В первой главе проведен обзор наиболее известных и часто используемых методов измерения объема круглых лесоматериалов. Предложена новая классификация методов по способу взаимодействия с объектом в процессе измерения. Определены основные направления исследования и поиска методов повышения точности измерения объема круглого лесоматериала (в том числе и делового).
Вторая глава посвящена разработке бесконтактного фотометрического метода измерения геометрических параметров для вычисления объема делового лесоматериала. Основой разрабатываемого метода измерения является идея определения геометрических характеристик объекта с помощью его отображения фотокамерой.
В третьей главе анализируются погрешности вычисления объема лесоматериалов разработанным бесконтактным методом.
Четвертая глава посвящена вопросам разработки метода проектирования структур автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала, с помощью ограничений накладываемых на математическую модель фотометрического метода.
Пятая глава посвящена разработке алгоритмов работы программного обеспечения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала.
Шестая глава посвящена экспериментальным исследованиям результатов работы алгоритмов реализованной автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала на основе бесконтактного фотометрического метода.
В заключении излагаются основные результаты диссертационной работы.
