Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2010, 58(1), 77-86 | DOI: 10.11118/actaun201058010077
Způsoby filtrace dat a jejich vliv na výsledný obraz kmene při elektronickém snímání jeho rozměrů
- Ústav základního zpracování dřeva, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika
Elektronická přejímka dříví je zatím zatížena několika nedořešenými problémy. Mezi ně patří filtrace dat, která jsou sejmuta měřicím zařízením. Cílem filtrace je odstranit hodnoty měření, které neodpovídají reálnému tvaru kmene a vznikly na základě sejmutí vad na jeho povrchu. Provádí se vzájemným porovnáním hodnot sousedních měření podle určitého předem stanoveného algoritmu. Hledání tohoto algoritmu je cílem této práce.
Navržené metody byly zkoušeny na datech z měřicího zařízení Inframat ITS 570.3 firmy Eltes Šumperk. Jedná se o tzv. 2D měření, jehož základ tvoří zdvojené snímací rámy, pracující ve dvou na sebe kolmých směrech. Pro filtraci byla použita data, která přicházejí z měřicí jednotky do řídicího počítače. K dispozici jsou hodnoty dvojic na sebe kolmých tlouštěk výřezu (dále označované jako tloušťky X a Y) v milimetrech pro každých 10 cm délky výřezu.
Metody filtrace jsou založeny na jednoduchých matematických a statistických operacích, které jsou následně různě kombinovány.
Je třeba řešit dva základní problémy: jak nesprávnou hodnotu nalézt a následně jakou hodnotou má být nahrazena.
Základní postupy
A: Vzájemné porovnání hodnot tlouštěk naměřených v kolmých směrech; B: Vzájemné porovnání hodnot tlouštěk po sobě naměřených v jednom směru; C: Porovnání koeficientu růstu po sobě následujících hodnot; D: Vyrovnání povrchové křivky kmene pomocí klouzavých průměrů; E: Vyrovnání povrchové křivky kmene pomocí "klouzavých" mediánů; F: Lineární regrese.
Základní postupy A, B a C mohou být použity pro hledání nesprávné hodnoty, ale neposkytují žádnou hodnotu, kterou by bylo možno použít jako náhradní.
Chyba se při jejich samostatném použití pouze přesouvá do jiného místa. Vypočtená hodnota je zatížena chybou, a tudíž při jejím porovnání s hodnotou původní vychází nepřípustný rozdíl.
Vhodnější se ukázalo porovnávání původních hodnot s hodnotami vypočtenými pomocí klouzavých průměrů nebo mediánů (metody D, E) nebo lineární regresí (F).
Při pokusné aplikaci navržených metod se ukázalo, že ty nejjednodušší srovnávací metody nesplňují očekávání.
Během výzkumu bylo testováno více než 50 kombinovaných metod. Metody byly aplikovány na přibližně 150 souborech dat, které byly vybrány náhodným výběrem z tisíců souborů měřených na pile, a byly vizuálně posouzeny. Byly vybrány nevhodnější metody, které budou následně testovány v praxi. Tyto metody jsou popsány v této práci.
Metody G, H, a I, jak byly pojmenovány pro účely tohoto článku, kombinují klouzavé mediány se šířkou vyhlazení 3 nebo 5 (základní metoda E), vzájemné porovnání hodnot tlouštěk po sobě naměřených v jednom směru (B) a lineární regresi (F).
Výsledky ukazují, že navržené metody jsou použitelné pro stanovení tvaru výřezu. Není možné definovat nejlepší metodu. Různé vlastnosti těchto metod je předurčují pro použití při jiných požadavcích:
Metoda G dobře slouží pro odfiltrování extrémně odlehlých hodnot. Většina reálně naměřených hodnot se objevuje ve výsledné (upravené) křivce, tzn. metoda nemění příliš původně naměřený tvar. Metoda je vhodná při následném výpočtu objemu výřezu z jednotlivých sekcí.
U metody H je při druhém kroku křivka vyhlazena. Výsledkem je vhodnost jejího použití při výpočtu objemu dle Hubertovy metody.
Metoda I je vhodná pro rychlé odstranění hodnot, které odpovídají unášečům dopravníku procházejícího měřicím zařízením.
filtrace dat, elektronické měření, rozměry kulatiny, klouzavý průměr, median, tloušťka kulatiny
Methods of data filtration and their effects on the resulting image of a log at the electronic sensing its dimensions
The data taken at the electronic reception of logs are tasked with mistaken values and do not correspond to the real shape of a stem. The aim of the data filtration is to remove the incorrect data and replace them by the ones, closer to the real values.
The goal of presented work was to analyse the effect of different filtration methods on original data and to recommend the methods, which results correspond to the real shape of the logs with their defects on a surface as close as possible.
Methods of filtration are based on simple mathematical and statistical procedures, which are subsequently variously combined, because the simplest comparative methods did not fulfil the expectations.
More than 50 methods were combined and analyzed. Approximately 15 of them were selected and tested. The methods were applied to data scanned on ca 150 logs randomly selected from thousands of files in the sawmill log yard. The filtration effects of different methods were visually assessed. The most applicable three methods were selected and they will be tested practically at sawmill in the next step of research. These three methods are described in following paper.
Results refer, that all proposed methods correspond to necessities for log dimensions determination. It is not possible to define the best method generally. Different properties of these methods make them suitable for calculation of log dimensions if different type of use is requested. It means for mid diameter determination necessary for volume calculation by using Huber method; for section diameter determination for volume calculation by using section method; for top diameter determination necessary for sorting; for filtration of drive dogs of the conveyor passing through the measuring equipment.
Keywords: data filtration, electronic measurement, log dimensions, running average, median, log diameter
Grants and funding:
The research was supported by Internal Grant Agency, project IGA 31/2008.
Received: December 5, 2009; Published: October 5, 2014 Show citation
| ACS | AIP | APA | ASA | Harvard | Chicago | IEEE | ISO690 | MLA | NLM | Turabian | Vancouver |
References
- KOLEKTIV, 2008: Doporučená pravidla pro měření a třídění dříví v ČR 2008. Brno: Nakladatelství a vydavatelství Lesnická práce, 148 p. ISBN: 978-80-87154-01-4
- JANÁK, K., HUNKOVÁ, V., 2008: Effects of filtration on the resulting image of a log at the electronic sensing its dimensions. In: Chip and chipless woodworking processes. s. 125-130.
- JANÁK, K., HUNKOVÁ, V., 2009: Methods of data filtration taken at the electronic reception of logs. [CD-ROM]. In Forest, Wildlife and Wood Sciences for Society Development. s. 397-402. ISBN 978-80-213-2019-2.
- ŽIŽKA, L., 2008: Vliv filtrace dat na výsledný obraz tvaru a rozměrů výřezu při elektronickém snímání. Diplomová práce. Brno: MZLU v Brně.
- Data source of Pila Tetčice, Ltd. and Katres Stará Ves u Rýmařova, Ltd.
This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.