[논문]펄스 초음파를 이용한 수목 공동부 3D 구현 프로그램 제작

손정민; 강성훈; 문종욱; 윤석규; 박지군

doi:10.7742/jksr.2021.15.2.265

초록
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수목의 내부 부후의 양상은 많은 원인에 의존한다. 이런 다양한 부후의 원인은 일반적인 방법으로는 탐지가 어렵기 때문에 장기간 부후 상태를 확인할 수 없다면 부후 부위의 확대로 인해 수목의 심각한 피해가 발생할 수 있다. 수목 단층 영상을 획득하는 방식은 센서를 고무망치로 두드려 수목을 통과하는 임펄스가 생성되어 이동하는 속도를 기록한다. 본 논문에서는 물리적 손상에 의한 균열, 공동, 부후를 측정할 수 있도록 Arbotom에서 획득한 수목 단면 영상을 이용하여 수목의 내부 상태를 알 수 있는 3D 뷰어를 개발하여 수목 내부의 부후가 진행된 정도를 파악하고 이를 바탕으로 수목의 외과적 수술이 필요한 경우 참고할 수 있는 데이터를 제시하고자 하였다. 수목의 단층 영상을 획득하기 위해 세 그루의 양버즘 나무와 단풍 나무에 6개의 센서를 부착하여 1m 길이의 나무를 Arbotom 프로그램을 이용하여 측정하였으며 MATLAB을 이용하여 제작한 3D Viewer를 통하여 3D 영상을 구현하였다. 단순히 영상의 획득 뿐만 아니라 수목의 단면 길이와 부피를 측정하였으며 실제로 제작한 3D Viewer에서 단풍 나무의 부후가 발생된 부분 길이는 33.12 cm, 양버즘 나무의 부후는 21.41 cm로 측정되었으며 단풍 나무의 부후의 부피는 78.832 ㎤로 측정되었다. Arbotom의 단면 영상과 3D 영상을 비교한 결과 수목의 실제 양상과 같은 결과를 획득하였기 때문에 제작된 소프트웨어 신뢰성 또한 확보된 것으로 판단할 수 있으며 제작된 Viewer를 통하여 외과적 수목 수술에 적용할 데이터를 제공해 수목의 피해를 최소화 할 것으로 사료된다.

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The pattern of the tree's internal swelling depends on many causes. Since it is difficult to detect these various causes of swelling with a general method, if the state of swelling for a long time cannot be confirmed, serious damage to the trees may occur due to enlargement of the swelling area. In ...

The pattern of the tree's internal swelling depends on many causes. Since it is difficult to detect these various causes of swelling with a general method, if the state of swelling for a long time cannot be confirmed, serious damage to the trees may occur due to enlargement of the swelling area. In the method of acquiring a tree tomography image, an impulse passing through the tree is generated by tapping the sensor with a rubber mallet, and the moving speed is recorded. In this paper, to measure cracks, cavities, and swelling due to physical damage, we developed a 3D viewer that can know the internal state of a tree using a tree cross-section image acquired from Arbotom to determine the degree of swelling inside the tree. Based on this, we tried to present data that can be referred to when surgical operation of trees is required. In order to acquire a tomographic image of a tree, 6 sensors were attached to the three Yangpala and Maple trees, and a 1 m-long tree was measured using the Arbotom program, and a 3D image was implemented through the 3D Viewer created using MATLAB. In addition to simply acquiring images, the cross-sectional length and volume of the tree were measured. In the actually produced 3D Viewer, the length of the part where the swelling of the maple tree occurred was 33.12 cm, and the swelling of the yangpala tree was measured as 21.41 cm. The volume of the maple tree was measured to be 78.832 ㎤. As a result of comparing the cross-sectional image of the Arbotom and the 3D image, the same result as the real aspect of the tree was obtained, so it can be judged that the reliability of the manufactured software is also secured, and data to be applied to the surgical tree operation through the created Viewer is provided. It is believed that the damage will be minimized.

주제어

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그림 Fig. 1. Acquisition of Tree Tomography Images.
그림 Fig. 2. Arbotom Sensor and Runtime.
그림 Fig. 3. Calculation of Coordinates according to Tree Angle.
표 Table 1. Colormap Index
그림 Fig. 4. Cross-sectional Image of a Tree.
그림 Fig. 5. Viewer Layout.
그림 Fig. 6. 3D View.
그림 Fig. 7. Length Measure of tree Tomography Images.
그림 Fig. 8. Volume Measure of Tree Tomography Images.

참고문헌 (8)

Frank Rinn, "Central Basics of Sonic Tree Tomography", Journal of the Society of Commercial Arborists (SCA-Today), Vol. 19, No. 4, pp. 8-10, 2014.
Frank Rinn, "Central defects in sonic tomography", Western Arborist, pp. 38-41, 2015.
F. W. Telewski, "A unified hypothesis of mechanoperception in plants", American Journal of Botany, Vol. 93, No. 10, pp. 1466-1476, 2006. https://doi.org/10.3732/ajb.93.10.1466

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G. Nicolotti, L. V. Socco, R. Martinis, A. Godio, L. Sambuelli, "Application and comparison of three tomographic techniques for detection of decay in trees", Journal of Arboriculture, Vol. 29, No. 2, pp. 66-78, 2003.

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X. P. Wang, R. B. Allison, "Decay detection in red oak trees using a combination of visual inspection, acoustic testing, and resistance microdrilling," Arboriculture & Urban Forestry, Vol. 34, No. 1, pp. 1-4, 2008.

상세보기
S. Kazemi-Najafi, A. Shalbafan, G. Ebrahimi, "Internal decay assessment in standing beech trees using ultrasonic velocity measurement," European Journal of Forest Research, Vol. 128, pp. 345-350, 2008.

상세보기
Gintaras Visalga, Edmundas Petrauskas, Petras Rupsys, "Method for Increasing An Accuracy Of Detecting Decay by the Arbotom® 3-D Tree Tomograph on Picea Abies (L.) H. Karst Trees Damaged by Heterobasidion Annosum (Fr.) Bref," Rural Devel Opment, pp. 57, 2015. http://doi.org/10.15544/RD.2015.057
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