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木材密度和含水率对其轴向超声波传播速度的影响

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林业科学 2016年第10期52卷 117-124页

作者：彭辉蒋佳荔詹天翼吕建雄中国林业科学研究院木材工业研究所国家林业局木材科学与技术重点实验室北京100091

【目的】研究木材密度和含水率对其轴向超声波传播速度的影响及其规律,为木材超声波无损检测技术的应用提供理论依据。【方法】采用超声波探伤仪Epoch XT对6个树种木材(3种针叶材:杉木、红松和樟子松,3种阔叶材:核桃楸、白桦和蒙古栎)... 详细信息

【目的】研究木材密度和含水率对其轴向超声波传播速度的影响及其规律,为木材超声波无损检测技术的应用提供理论依据。【方法】采用超声波探伤仪Epoch XT对6个树种木材(3种针叶材:杉木、红松和樟子松,3种阔叶材:核桃楸、白桦和蒙古栎)在不同相对湿度环境(20℃,50%RH,65%RH,85%RH和95%RH)达平衡含水率的木材试样轴向声速进行测定,分析木材密度和含水率对其轴向声速的影响,探讨含水率的增加在不同树种木材间引起轴向声速降低量的差异及其原因。【结果】6个树种木材在同一相对湿度下的平衡含水率存在差异,随着相对湿度增加,不同树种木材之间平衡含水率的差异增大。3种阔叶材的绝干密度均高于3种针叶材,但阔叶材与针叶材之间轴向声速的比较没有发现规律性;对于单一树种木材而言,其绝干密度与轴向声速之间的相关性不显著,决定系数R^2均低于0.24;对6个树种木材的绝干密度与轴向声速之间的关系进行统一分析,结果发现木材轴向声速随绝干密度的增加总体上呈降低的变化趋势,但二者之间无显著相关性,决定系数R^2仅为0.42。6个树种木材的轴向声速均随含水率的增加呈线性减小的变化趋势,线性回归的决定系数R^2均大于0.91;与3种阔叶材相比,3种针叶材之间"单位含水率的轴向声速降低量"的差异程度较小:针叶材中红松与樟子松单位含水率的轴向声速降低量几乎相等,分别为42.6 m·m^(-1)%^(-1)和42.4 m·m^(-1)%^(-1),杉木单位含水率的轴向声速降低量最小,为38.1 m·m^(-1)%^(-1);阔叶材中蒙古栎单位含水率的轴向声速降低量最大,为55.4 m·m^(-1)%^(-1),约为白桦(23.1 m·m^(-1)%^(-1))的2.4倍。【结论】无论是对单一树种木材还是6个树种木材的综合分析,结果均表明,木材绝干密度与其轴向声速之间无显著相关性。超声波沿木材轴向的传播速度不能仅用密度单一因子来预测,其在很大程度上还取决于木材的组织构造特点,如管胞、导管和木纤维的长度以及木射线比率等。在纤维饱和点以下,6个树种木材的轴向声速均随含水率的增加呈线性减小的变化趋势。吸着水增多使得木材细胞壁实质的声阻增加是引起木材轴向声速与含水率呈负相关的原因。此外,木材组织构造与细胞类型的差异、抽提物含量的高低、侵填体的有无以及木射线比率等均可能是引起不同树种木材之间"单位含水率的轴向声速降低量"存在差异的原因。

关键词：超声波木材密度平衡含水率轴向声速

基于IFSR异常样本剔除的落叶松木材密度近红外优化模型的研究

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光谱学与光谱分析 2022年第11期42卷 3395-3402页

作者：张哲宇李耀翔王志远李春旭东北林业大学工程技术学院黑龙江哈尔滨150040

木材密度可以反映木材的干缩性、抗压抗拉强度等多种物理性质,是重要的木材物理特性。采用近红外光谱技术能够实现木材密度的快速预测,可克服传统检测方法耗费人力、物力、时间的弊端,但建模结果往往受异常样本的影响。为准确识别并剔... 详细信息

木材密度可以反映木材的干缩性、抗压抗拉强度等多种物理性质,是重要的木材物理特性。采用近红外光谱技术能够实现木材密度的快速预测,可克服传统检测方法耗费人力、物力、时间的弊端,但建模结果往往受异常样本的影响。为准确识别并剔除样本集中的异常样本,提出一种孤立森林结合学生化残差方法(IFSR),在利用孤立森林集成特征的优点基础上考虑样本对模型的影响度,可同时检测异常样本与强影响样本。该研究对181个落叶松木材样本的近红外光谱及其在常温下的气干密度进行了测定。通过对比多种方法预处理和特征选择方法,确定采用标准正态变量变化(SNV)+去趋势处理(DT)+均值中心化(MC)+标准化(Auto)方法进行预处理,采用竞争性自适应重加权算法(CARS)进行特征波段选择,消除噪声及无关信息对算法的影响,简化数据集,提高算法剔除异常样本的准确性。为验证IFSR方法剔除异常样本的能力,将其与蒙特卡洛交互验证(MCCV)、马氏距离(MD)等其他六种异常检测方法对比分析,建立偏最小二乘(PLS)模型对其进行异常检测性能评价。同时在上述基础上采用粒子群寻优-支持向量机回归(PSO-SVR), BP神经网络(BPNN)与PLS分别建立落叶松木材密度近红外预测模型。结果表明,IFSR结合PSO-SVR方法得到的优化模型预测能力最强,IFSR可有效剔除奇异样本,提高模型精度。

关键词：近红外木材密度异常值检测孤立森林算法支持向量机回归

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表面粗糙度对近红外光谱分析木材密度的影响

光谱学与光谱分析 2007年第9期27卷 1700-1702页

作者：黄安民费本华江泽慧许忠允中国林业科学研究院木材工业研究所北京100091 美国农业部林务局南方研究院美国71360

近红外(NIR)光谱技术是一种基于多元统计分析建立预测模型的定量分析技术,应用十分广泛,然而,近红外光谱分析结果的准确性会受到多种因素的影响。文章分析了木材表面粗糙度对近红外光谱预测木材密度的影响。结果表明,当待预测样品的粗... 详细信息

近红外(NIR)光谱技术是一种基于多元统计分析建立预测模型的定量分析技术,应用十分广泛,然而,近红外光谱分析结果的准确性会受到多种因素的影响。文章分析了木材表面粗糙度对近红外光谱预测木材密度的影响。结果表明,当待预测样品的粗糙度和建模样品的粗糙度一致时,分析结果较好;二者不一致时,分析误差较大。采用不同粗糙度样品建立混合预测模型,可以显著提高模型对粗糙度的适应性和稳健性。

关键词：近红外光谱粗糙度木材密度

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三倍体毛白杨无性系木材密度遗传变异研究

北京林业大学学报 2000年第6期22卷 16-20页

作者：邢新婷张志毅北京林业大学毛白杨研究所，北京 100083

该文对三倍体毛白杨无性系气干密度的无性系间和株内径向、纵向的变异进行了研究 ,结果表明 :无性系全年轮密度、早材密度和晚材密度平均值分别为 0 .44 4,0 .42 8和 0 .5 11g/cm3.气干密度在无性系间和年轮间存在显著差异 ;株内径向变... 详细信息

该文对三倍体毛白杨无性系气干密度的无性系间和株内径向、纵向的变异进行了研究 ,结果表明 :无性系全年轮密度、早材密度和晚材密度平均值分别为 0 .44 4,0 .42 8和 0 .5 11g/cm3.气干密度在无性系间和年轮间存在显著差异 ;株内径向变异随树龄增加呈波动性的上升趋势 ;株内纵向变异趋势在取样范围内不一致 .全年轮密度、早材密度和晚材密度的无性系重复力分别为 0 .89,0 .92和 0 .86 ,说明木材气干密度受到强度遗传控制 .

关键词：毛白杨三倍体无性系木材密度遗传变异

三倍体毛白杨无性系木材密度分布的方差分析和广义熵表述

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北京林业大学学报 2000年第6期22卷 24-27页

作者：张文杰邢新婷张志毅北京林业大学基础科学与信息工程学院北京100083 北京林业大学毛白杨研究所北京100083

该文首次将广义熵的概念用于分析三倍体毛白杨无性系木材密度的分布 ,同时对 7个无性系进行了方差分析 ,然后将两种统计结果进行了比较 ,说明广义熵可以用来表述木材物理量无规则变化性 .方差分析的结果表明 :各无性系在 0 0 5水平上... 详细信息

该文首次将广义熵的概念用于分析三倍体毛白杨无性系木材密度的分布 ,同时对 7个无性系进行了方差分析 ,然后将两种统计结果进行了比较 ,说明广义熵可以用来表述木材物理量无规则变化性 .方差分析的结果表明 :各无性系在 0 0 5水平上有显著差异 ,可以挑选出木材品质较好的无性系来 .L3,L10 ,L4,L2 ,L1五个系号与对照相比 ,木材基本密度平均值均超过 5 % ,说明三倍体毛白杨的物理性质有显著优势 .木材基本密度平均值最高者为L3系号 (0 40 92 g/cm3) ,最低者为L6系号 (0 386 2 g/cm3) .广义熵概念在讨论三倍体毛白杨木材密度分布时存在着明显的规律性 ,其数值的均匀程度反映了木材密度分布的差异程度 ,这与广义熵的物理意义相符合 ,进一步可以定量的表示这种规律性 .

关键词：毛白杨广义熵三倍体木材密度分布方差分析

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微钻阻力法间接测量木材密度

林业科学 2022年第9期58卷 138-147页

作者：姚建峰郭旭展符利勇王雪峰雷相东卢军郑一力宋新宇信阳师范学院计算机与信息技术学院信阳464000 国家林业和草原局森林经营与生长模拟重点实验室北京100091 中国林业科学研究院资源信息研究所北京100091 北京林业大学工学院北京100083 信阳师范学院数学与统计学院信阳464000

【目的】探究微钻阻力仪钻针阻力与木材密度之间合适的模型形式,以及不同树种之间和同类树种之间的数学模型适应性,为微钻阻力法间接测量木材密度提供依据。【方法】1)使用Resistograph 650-S微钻阻力仪测量包含软木和硬木8个树种木材... 详细信息

【目的】探究微钻阻力仪钻针阻力与木材密度之间合适的模型形式,以及不同树种之间和同类树种之间的数学模型适应性,为微钻阻力法间接测量木材密度提供依据。【方法】1)使用Resistograph 650-S微钻阻力仪测量包含软木和硬木8个树种木材样品的钻针阻力和绝干密度,每个树种2/3的测量数据作为建模数据集,1/3的测量数据作为测试数据集;2)基于总体建模数据集,建立所有树种钻针平均阻力与木材绝干密度之间的线性模型、对数模型以及线性模型与对数模型相结合的混合模型,选用决定系数最高的模型形式作为总模型反映钻针平均阻力与木材绝干密度之间的关系;3)基于软木类和硬木类建模数据集,使用选定的模型形式分别建立软木类和硬木类木材钻针平均阻力与木材绝干密度之间的类模型;4)基于每个树种建模数据集,使用选定的模型形式建立每个树种钻针平均阻力与木材绝干密度之间的分模型;5)基于测试数据集,计算总模型、类模型和分模型的估计标准误差和平均估计精度,分析各级别模型之间估计标准误差和平均估计精度是否存在显著性差异。【结果】1)基于总体建模数据集建立的线性模型、对数模型以及线性模型与对数模型相结合的混合模型的决定系数分别为0.942、0.952和0.961;2)软木和硬木类模型的决定系数分别为0.780和0.864,分模型的决定系数在0.397~0.943之间;3)总模型、类模型和分模型估计标准误差分别为32.222、31.635和27.121 kg·m-3,平均估计精度分别为95.554%、95.636%和96.292%;4)各树种总模型、类模型和分模型相互之间的估计标准误差和平均估计精度在0.1水平上均不存在显著性差异。【结论】1)线性模型与对数模型相结合的混合模型的决定系数最高,采用线性模型与对数模型相结合的混合模型形式研究钻针阻力与木材绝干密度之间的关系较为合适;2)分模型的估计标准误差最小,平均估计精度最高,采用分模型预估木材绝干密度较为合适;3)当测量精度要求不高时,为降低建模工作量,可采用总模型估计木材绝干密度。

关键词：木材密度微钻阻力法微损测量线性模型对数模型

基于针刺仪测定技术的湿地松木材密度间接选择效果

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林业科学 2018年第10期54卷 172-179页

作者：赵奋成郭文冰钟岁英邓乐平吴惠姗林昌明廖仿炎谭志强李义良广东省林业科学研究院广东省森林培育与保护利用重点实验室广州510520 台山市红岭种子园江门529223

【目的】木材密度是林木重要的经济性状,在广东湿地松第2轮遗传改良中被列为目标性状之一。本研究比较了针刺仪与传统体积法在评价湿地松木材密度上的效果,分析了湿地松材性与生长性状的遗传变异规律,为选育速生优质的湿地松种质提供理... 详细信息

【目的】木材密度是林木重要的经济性状,在广东湿地松第2轮遗传改良中被列为目标性状之一。本研究比较了针刺仪与传统体积法在评价湿地松木材密度上的效果,分析了湿地松材性与生长性状的遗传变异规律,为选育速生优质的湿地松种质提供理论与方法。【方法】以广东省台山市18年生的32个湿地松自由授粉家系为材料,在测定林中对活立木木材阻力与去皮直径进行快速测定;并在同一株树上利用生长锥钻取木芯,以体积法测量木材基本密度。利用Asreml统计软件对研究性状间的相关性、性状的遗传力、选择效率等进行估算。【结果】1)单株木材阻力与木材密度在单株水平上呈表型正相关(0.659),为此建立了利用木材阻力原值预测木材密度的线性回归方程(模型R^2=0.393)。2)木材密度与木材阻力的遗传相关性更强(0.738),二者在家系水平受到中等程度的遗传控制;木材阻力的家系平均遗传力(0.618)高于木材密度的家系平均遗传力(0.410)。利用木材阻力值进行家系水平的间接选择,其间接选择效率为91%。表明可以利用针刺仪法进行湿地松木材密度的间接选择。3)为了消除针刺仪刺入木材过程中由于摩擦引起的阻力值上升趋势,在数据分析前,对阻力值做了校正。校正阻力值的遗传力,其与木材密度的表型与遗传相关无明显提高。4)湿地松的去皮直径遗传力在家系水平为0.596,去皮直径与木材密度和木材阻力无显著的遗传相关性,但表型相关达到显著水平,分别为0.272和0.493。这暗示着,改良湿地松生长性状,不会降低木材的密度。【结论】针刺仪法具有快速、无损、相对准确的优点,可用于湿地松活立木木材密度的间接评价与去皮直径的测定,在湿地松材性与生长性状的遗传改良中可发挥重要作用。在根据木材材性或生长性状选择湿地松优良个体中,为获得较可靠的选择效果,宜采用家系选择+家系内单株选择的合并选择方法。

关键词：湿地松木材密度针刺仪遗传相关间接选择

三倍体毛白杨无性系木材密度二维分布图的实现及应用

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北京林业大学学报 2000年第6期22卷 28-34页

作者：张文杰程磊陆守一邢新婷北京林业大学基础科学与信息工程学院北京100083

该研究利用X射线测定三倍体毛白杨木材各无性系气干密度 ,通过适当的数学模型 ,利用计算机可视化技术对木材密度的分布进行可视化分析 ,得到了木材横切面密度二维分布图 .图形清晰 ,直观性强 ,并可做各种角度、各种颜色、空间与平面、... 详细信息

该研究利用X射线测定三倍体毛白杨木材各无性系气干密度 ,通过适当的数学模型 ,利用计算机可视化技术对木材密度的分布进行可视化分析 ,得到了木材横切面密度二维分布图 .图形清晰 ,直观性强 ,并可做各种角度、各种颜色、空间与平面、局部与整体的各种变换 ,这对于深入了解木材材性是十分有益的 .该文同时分析了三倍体毛白杨各无性系木材密度的差异与变化率等特点 .

关键词：毛白杨木材密度可视化技术气干密度二维分布

邓恩桉生长、木材密度和树皮厚度的遗传变异研究

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林业科学研究 2009年第6期22卷 758-764页

作者：罗建中 Roger Arnold 项东云谢耀坚陈健波南京林业大学江苏南京210037 国家林业局桉树研究开发中心广东湛江524022 广西壮族自治区林业科学院广西南宁530001

以广西桂林和柳州的邓恩桉种源/家系（6个种源53个家系）试验林为材料,对8.5年生胸径以及10.5年生胸径、树高、材积、木材密度和树皮厚度的遗传变异进行了研究,结果表明：10.5年生时,邓恩桉在桂林和柳州的平均单株材积分别为0.218、0.18... 详细信息

以广西桂林和柳州的邓恩桉种源/家系（6个种源53个家系）试验林为材料,对8.5年生胸径以及10.5年生胸径、树高、材积、木材密度和树皮厚度的遗传变异进行了研究,结果表明：10.5年生时,邓恩桉在桂林和柳州的平均单株材积分别为0.218、0.189 m^3,平均木材密度分别为521.0、483.7 kg.m^-3,树皮厚度分别为1.15、1.26 cm;10.5年生材积性状和木材密度在种源间差异不显著（P〉0.10）,10.5年生木材密度在家系间差异显著（P〈0.05）;树皮厚度在种源间、家系间差异均不显著（P〉0.10）。除8.5年生胸径外,其他性状的试验地点与种源间交互作用不显著（P〉0.10）;8.5年生胸径、10.5年生树高、木材密度均存在显著的试验地点与家系间交互作用（P〈0.05）;10.5年生树皮厚在种源、家系水平上和地点均不存在显著的交互作用。8.5年生胸径、10.5年生胸径与树高的遗传力在0.1289-0.2345间,木材密度的遗传力为0.7000-0.9629,树皮厚度的遗传力为0.1053-0.3357。

关键词：邓恩桉遗传变异生长木材密度树皮厚度