摘要：超声波古树空心在线监测系统利用超声波透射和多传感器布设技术，通过检测树干内部声波传播速度，计算空心率（Hollow Ratio），实现非破坏性、长期在线监测。该系统适用于城市古树、森林保护、文化遗产树木等场景，可提供古树内部结构健康状况的实时评估，防止断裂倒伏
一、方案概述
超声波古树空心在线监测系统利用超声波透射和多传感器布设技术，通过检测树干内部声波传播速度，计算空心率（Hollow Ratio），实现非破坏性、长期在线监测。该系统适用于城市古树、森林保护、文化遗产树木等场景，可提供古树内部结构健康状况的实时评估，防止断裂倒伏风险。
二、监测目标
检测古树空心率，量化内部空洞情况。监测树干内部腐朽程度，判断健康状况。评估树体结构稳定性，提前预警可能的断裂风险。长期趋势监测，为古树养护管理提供数据支持。三、方案需求分析
需求
具体要求
实时在线监测
需长期监测古树内部结构变化，提供实时数据。
非破坏性检测
采用超声波测量技术，无损树体结构。
空心率计算
直接输出数值结果，无需成像处理。
无线远程传输
支持4G/NB-IoT无线数据传输，实现远程监测。
低功耗运行
适用于长期在线监测，可配备太阳能供电。
四、监测原理
超声波传感器布设：在古树树干不同位置布设多个超声波传感器（如3-8个），形成测量网格。传感器对称安装在树干两侧，形成发射-接收对。超声波信号发射与接收：传感器A发射超声波，另一侧传感器B接收。健康木质部分：超声波传播速度较快。腐烂或空心部分：超声波传播速度降低或无信号穿透。
空心率计算：空心率=空洞区域声速降低部分树干总直径×100%空心率=树干总直径空洞区域声速降低部分×100%数据分析与传输：采集到的数据由数据处理单元计算分析，得出空心率。结果通过4G/NB-IoT无线模块上传至云端平台。可设置超限报警，超出设定空心率阈值时触发预警。
五、系统架构设计
1. 设备组成
超声波传感器组（3-8个传感器，形成检测网络）数据采集单元（信号放大、噪声过滤、计算空心率）无线通信模块（4G/NB-IoT远程数据传输）供电模块（太阳能+锂电池）云端监测平台（数据存储、趋势分析、异常报警）2. 工作流程
传感器周期性发射超声波，测量声速。数据采集单元计算空心率，判断树体健康状况。结果上传云端，进行趋势分析与远程监测。若空心率超过设定阈值（如40%），触发告警。六、设备参数
设备
参数
规格
超声波频率
工作范围
20kHz-200kHz
测量精度
空心率误差
±2%
传感器数量
可选配置
3-8个
无线通信
4G/NB-IoT
远程数据传输
供电方式
太阳能+锂电池
适用于野外监测
数据存储
云端+本地存储
7*24小时数据记录
七、功能特点
非破坏性检测：超声波透射，无损伤树体。实时空心率计算：直接输出数据，无需成像分析。远程监测与报警：支持无线通信，超限报警。云端数据分析：长期趋势监测，优化养护管理。低功耗运行：太阳能供电，适用于长期无人值守环境。八、数据分析与预警
空心率趋势分析：长时间监测变化，判断腐朽发展趋势。历史数据对比：不同时间段数据对比，评估树体变化速率。超限报警：设定警戒值，超限后自动报警通知管理人员。九、应用场景
城市古树保护：实时监测老树健康，防止倒伏。森林生态保护：检测珍稀树种的结构变化，优化保护措施。园林绿化：评估古树空心情况，制定养护方案。历史文化遗产树木：长期监测历史名木的健康状况。十、案例分享
案例1：某市百年古树健康监测
目标：实时监测市区300棵百年以上古树健康状况。实施：每棵树布设6个超声波传感器，数据上传云端。结果：检测发现30棵古树空心率超过30%，及时采取保护措施，降低倒伏风险。案例2：国家森林公园古树保护
目标：监测森林公园内千年古树的内部结构变化。实施：长期部署超声波监测系统，每天记录空心率。结果：通过数据分析，识别出4棵高风险古树并加固支撑。来源：厦门涉川