Крюков Р.С., к.т.н. Самойлов А.Н.

Южный Федеральный Университет, Россия

Исследование методов и средств измерения круглого леса ДЛЯ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА КРУГЛОГО ЛЕСА

Задача качественного учета круглого леса является актуальной задачей для России и решается в различных направлениях и различными организациями и ведомствами, так например, для учета экспорта круглого леса Федеральная таможенная служба России (ФТС) разработала ряд методик выполнения измерений (МВИ) с применением которых должны быть произведены измерения объемов экспортируемого круглого леса. Ведутся разработки, как за пределами, так и внутри России направленные на автоматизацию процесса измерения объема круглого леса. Представленные автоматизированные и автоматические системы измерения объема круглого леса направлены на повышение производительности труда при измерениях и снижение погрешности измерения за счет устранения «человеческого фактора» и повышение точности измерения геометрических параметров объекта измерения.

Цель статьи:

Целью данной статьи является проведение исследований существующих методов измерения объема круглых лесоматериалов и средств измерения, для установления возможности разработки автоматизированной системы бесконтактного измерения объема круглого лесоматериала с погрешностью менее семи процентов.

В результате мы определим возможность измерения объема круглого леса с погрешностью семь процентов и менее как для поштучного измерения, так и группового, а также оценим эффективность и трудоемкость процесса измерения объема круглого леса. Проведем исследование существующих технологий на основании которых можно разработать бесконтактное средство измерения геометрических параметров круглого леса.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Определить наиболее известные и часто используемые методы измерения объема круглых лесоматериалов и провести их исследование, с целью выявления тех которые позволят осуществить измерение объема с погрешностью менее 7%;

2.Оценить существующие технологии для реализации бесконтактных средств измерений.

1. Исследование методов измерения объема круглого леса

В настоящее время применяются различные методы измерения объема круглого леса, которые можно разделить на два класса – групповые и поштучные. Рассмотрим погрешность измерения объема круглого леса существующими методами.

Поштучные методы измерения объема бревен - методы, позволяющие производить измерения объема каждого бревна. Большинство методов измерения объема основываются на представлении бревна в виде усеченного конуса. Он имеет три показателя: верхний диаметр, нижний диаметр и длину.

Групповые методы объема бревен - методы, осуществляющие измерения общего объема нескольких бревен.

Проведенный нами анализ литературы и специализированных веб-сайтов показал, что в начале апреля 2013 года ФТС России начали использовать специальные методики измерения лесоматериалов. В соответствии с МВИ внедренными ФТС России гарантируемая погрешность измерения объема круглого леса при четком соблюдении требований МВИ составляет: для метода концевых сечений (бревна от 14 см.) – +/-5%; для метода срединного сечения – +/- 6% [1]; для метода с применением таблиц ГОСТ 2708 – +/- 8% [2]; для объема партии погруженной в автомобиль или вагон – от +/-12 (при объеме до 15 куб. м.) до +/- 5% (при объеме более 400 куб. м.).

Нами был проведены исследования и эксперименты для следующих методов измерения: концевых сечений; с применением таблиц объемов; штабельного метода.

Проведенные нами экспериментальные исследования показали, что существуют методы измерения объема круглого леса, погрешность измерения которыми менее семи процентов (секционный метод и метод концевых сечений).

2. Исследование средств измерения геометрических параметров

Традиционно измерение параметров бревна или бревен производятся следующими средствами измерения – вилки лесные измерительные, рулетка измерительная металлическая, линейка измерительная, измерительная лесная вилка. Эти средства измерения применяются как для групповых, так и поштучных методов.

Проведенные нами исследования показали, что погрешность измерения объема круглого леса в большей степени зависит от точности измерения диаметра бревна, а не его длины [3]. Причиной возникновения ошибок в процессе измерения геометрических параметров объекта является человек, на которого воздействуют различные факторы, учесть или устранить которые не представляется возможным. Так, например, измерения могут производиться в различных погодных условиях и при различной освещенности; при температуре окружающей среды от +40^оС до -45^оС. Более того, все поштучные методы ориентированы на измерение диаметра/диаметров торца/торцов бревен, от правильности измерения которого также зависит результат вычисления объема круглого леса.

Диаметр это условная и идеализируемая форма торца бревна, поэтому на основе проведенных нами исследований, было предложено измерять площадь торцов бревен, что не противоречит дальнейшему применению существующих методов измерения, базирующихся на моделях цилиндра или усеченного конуса.

Очевидно, что поиск средств измерения обеспечивающих требуемую точность измерения геометрических параметров круглого леса необходимо производить в области современных технологий. По нашему мнению измерение должно осуществляться бесконтактно, с минимальным участием человека. Бесконтактное измерение должно учитывать результаты проведенных исследований и экспериментов, а именно: должно измерять площадь торцов бревен; должно быть свободно от погрешностей вносимых «человеческим фактором»; точность измерения геометрических параметров должна быть не ниже контактных средств измерения (лесных вилок, измерительных линеек и т.д.).

2.1. Исследование технологий для бесконтактного измерения

Рассмотрим и осуществим исследование и выбор технологий бесконтактного измерения геометрических параметров. В открытых источниках информации нами был осуществлен сбор данных о существующих технологиях бесконтактного измерения геометрических параметров, к таким относятся:

1. Лазерное сканирование;

2. Фотограмметрия;

3. Фотометрия;

4. Радиолокация;

5. Ультразвуковое исследование.

Для выбора оптимальной технологии для наших задач нами были разработаны следующие критерии оценки альтернатив:

1. Стоимостные затраты: Стоимость приобретения оборудования, обучения персонала, обслуживания и эксплуатации измерительного комплекса.

2. Трудоемкость использования: Количество персонала, требуемое для выполнения измерений. Количество объектов, обмеряемых за один подход.

3. Мобильность измерительного комплекса: Габаритные размеры оборудования в составе комплекса, требования к электропитанию.

4. Сложность развертывания: необходимость установки дополнительных приспособлений, не входящих в состав комплекса, а также требования к месту измерения (освещенность, влажность, температура)

5. Сложность измерительного комплекса: количество и состав оборудования и спецсредств в составе комплекса.

К числу потенциально применимых технологий на этапе исследования были причислены пять обозначенных выше альтернатив.

2.2. Сравнительный анализ потенциально применимых технологий

Приведенные выше потенциально применимые технологии для бесконтактного измерения геометрических параметров круглого леса в той или иной степени подходят для решения поставленной задачи исследования. Для окончательного выбора был применен метод анализа иерархий, позволяющий провести многокритериальную оценку нескольких альтернатив и выявить наиболее предпочтительную.

В качестве исходных данных имеем пять альтернатив и пять критериев. В итоге коэффициент случайной согласованности матрицы при размере 5х5 будет равен 1.12.

Последним шагом является нахождение результата, который делается на основе выделения альтернативы с наиболее высоким глобальным приоритетом (Табл. 8).

Таблица 8 – Нахождение результата

Альтернативы	Критерии					Глобальные приоритеты
	Стоимость	Трудоемкость	Мобильность	Развертывание	Сложность
	Численное значение вектора приоритета
	0,0523	0,2775	0,4441	0,1155	0,1104
Лазерное сканирование	0,0669	0,4272	0,2497	0,2173	0,1822	0,2782
Фотограмметрия	0,1230	0,2599	0,1194	0,2173	0,1822	0,1768
Фотометрия	0,5604	0,1581	0,4509	0,3874	0,4647	0,3696
Радиолокация	0,0669	0,0961	0,0604	0,0530	0,0573	0,0695
Ультразвуковое исследование	0,1826	0,0585	0,1194	0,1248	0,1134	0,1057

В соответствии с методом анализа иерархий предпочтительной является альтернатива с наивысшим значением глобального приоритета. Таковой является фотометрия. По совокупности показателей данный подход к бесконтактному измерению по выбранным критериям можно считать оптимальным.

В результате проведенных исследований нами был сделан выбор в пользу оптических технологий, так как именно применение этой технологии позволит при требуемой точности минимизировать общие требования к устройству измерения геометрических параметров.

Выводы:

В данной работе нами был проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований в результате которых, нами были получены следующие результаты:

1. Определены методы измерения объема круглых лесоматериалов, которые позволяют осуществлять измерение объема круглого леса с погрешностью менее 7%;

2. Осуществлен выбор существующих технологий, которые позволят получить бесконтактные измерения геометрических параметров;

3. Выбрана фотометрическая технология измерения геометрических параметров объектов, основанная на применении специальных мер (эталонов) как наиболее перспективная для реализации бесконтактных измерений геометрических параметров круглого леса.

Список литературы:

1. Методика выполнения измерений объема партии круглых лесоматериалов по методу концевых сечений при проведении таможенных операций и таможенного контроля ФР.1.27.2011.10629;

2. Методика выполнения измерений объема партии круглых лесоматериаловс применением таблиц объемов при проведении таможенных операций и таможенного контроля ФР.1.27.2011.10631;

3. Самойлов А.Н. Анализ существующих методов измерения лесоматериалов. Труды Международных научно-технических конференций «Интеллектуальные системы» (AIS’06) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2006). Научное издание в 3-х томах. – М.: Физматлит, 2006, Т.2. 334 – 341 с.;

4. Самойлов А.Н. Фотометрический метод формирования и обработки данных, торцов круглых лесоматериалов // Научный журнал КубГАУ, № 26(2).