Tomograf dźwiękowy PICUS 3

Nowa generacja diagnozy drzewa

Państwowi oraz prywatni zarządcy są odpowiedzialni za szkody spowodowane przez drzewa rosnące na ich terenie. Najczęstszym powodem złamania lub przewrócenia drzewa jest zgnilizna pnia. W celu zminimalizowania ryzyka powinno się regularnie wykonywać badania drzew.

Tomograf dźwiękowy PICUS jest urządzeniem służącym do bezinwazyjnego wykrywania zgnilizn lub pustek w stojącym drzewie. Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w drewnie zależy od modułu elastyczności i samej gęstości drewna. PICUS bada prędkość rozchodzenia się dźwięku pomiędzy różnymi punktami na obwodzie pnia. Większość uszkodzeń i chorób powoduje ubytki, pustki i zgnilizny, które  redukują elastyczność i gęstość drewna.

Tomograf Dźwiękowy Picus składa się zazwyczaj z 5 do 20 sensorów. Są one rozmieszczane równo dookoła obwodu pnia. Sensory wykrywają fale dźwiękowe generowane poprzez uderzenie młotkiem i rozchodzące się w poprzek drewna. Szkic obok przedstawia bazową zasadę pracy urządzenia, gdzie fala dźwiękowa nie może bezpośrednio dostać się do sensora (czerwone przerywane linie) jeżeli w pniu znajdują się pustki.

Zalety urządzenia PICUS 3 w stosunku do innych urządzeń:

• kompaktowy rozmiar. Urządzenie wraz z suwmiarką mieści się w niewielkiej walizce. Nie wymaga zewnętrznej baterii podczas pracy. Całkowita waga urządzenia wraz z walizką transportową wynosi tylko 9 kg
• możliwość badania drzew o średnicy od 30 cm
• PICUS może mierzyć na większej ilości punktów pomiarowych niż posiada czujników. Podczas pomiaru czujniki można przekładać między miejscami, dzięki czemu można stosować do 24 lub 50 punktów pomiarowych posiadając tylko 6 lub 12 czujników
• pomiar nie jest zakłócany hałasem otoczenia. Specjalna technologia eliminuje otaczające szumy dzięki czemu można wykonywać pomiary w każdym miejscu, np. przy ruchliwych drogach lub w wietrznych miejscach.
• czujniki Picus są montowane na zwykłe gwoździe. Nie wymagają specjalnych pinów montażowych do drzewa.
• czujniki Picus są bardzo lekkie i małe, a ich montaż jest niezwykle prosty i szybki. Mogą być zamontowane w trudno dostępnych miejscach na drzewie.
• wynik w postaci czytelnego, kolorowego tomogramu
• proste wykrywanie pęknięć. System PICUS CrackDect umożliwia wykrywanie pęknięć gwiaździstych i ułatwia interpretację stanu drzewa
• wygodny w obsłudze. Posiadając podstawową wiedzę techniczną o drewnie i fizyce dźwięku można łatwo nauczyć się obsługiwać urządzenie PICUS
• tomogram PICUS może być w prosty sposób połączony z Tomogramem oporności elektrycznej TreeTronic dzięki czemu można uzyskać znacznie szersze spectrum informacji o stanie drzewa.
• dane dźwiękowe są poddawane obliczeniom relatywnym dzięki czemu kompensowana jest zmienna gęstość drewna. Umożliwia to badanie na gatunkach jeszcze wcześniej nie testowanych oraz z różną siłą stukania młotkiem.
• PICUS współpracuje z niezwykle wygodną suwmiarką służącą do rejestracji geometrii. Suwmiarka posiada zakres pomiarowy do 2 metrów i łączy się z urządzeniem Picus przy pomocy Bluetooth. Geometria drzewa wyznaczana jest bazując na metodzie triangulacji, która jest najdokładniejszym sposobem wyznaczenia dokładnej pozycji czujników

Jak wykonać badanie Tomografem Dźwiękowym PIUCS (SoT)

1. Określ poziom, ilość i pozycję punktów pomiarowych na drzewie

W celu wyznaczenia poziomu pomiaru najpierw wykonaj ocenę wizualną drzewa oraz ocenę dźwiękową opukując korę młotkiem. Obserwuj zewnętrzne oznaki wewnętrznych uszkodzeń takich jak grzyby, zgnilizny, pęknięcia, pustki, zniszczona kora, itd. Skorzystaj z całej swojej wiedzy oraz doświadczenia i wybierz najlepszy poziom pomiaru według swojej wiedzy. Zalecamy wykonanie pomiarów na kilku poziomach.

2. Zmierz geometrię pnia drzewa na poziomie pomiaru

Istnieje kilka metod pomiaru geometrii pnia na poziomie badania

• zwykła, okrągła geometria
• geometria elipityczna
• geometria dowolnego kształtu - Triangulacja

Suwmiarka PICUS może efektywnie wykonać pomiary dystansów niezbędnych do wyznaczenia geometrii pnia wraz z naniesionymi punktami pomiarowymi. Elektroniczna suwmiarka PICUS może precyzyjnie wykreślić kształt każdego drzewa będącego w zakresie pomiarowym suwmiarki.

3. Wykonywanie pomiarów dźwiękowych

Impuls dźwiękowy generowany jest na każdym punkcie pomiarowym (gwoździu) i rejestrowany przez sensory na wszystkich pozostałych punktach. Młotek eletktroniczny (zdjęcie po lewej) umożliwia wykorzystanie w trakcie pomiaru mniejszej ilości sensorów niż punktów pomiarowych. Dzięki temu mniejsze systemy PICUS są także w pełni funkcjonalne.

4. Obliczanie tomogramu

Tomogram dźwiękowy drzewa można szybko obliczyć w terenie wykorzystując różne funkcje analizy i prezentacji danych. Rozmiar i lokalizacja defektów prezentowane są przy pomocy różnych kolorów. Tomogramy z drzewa można także wyświetlać w formie grafik 3D.

Tomogram Dźwiękowy PICUS można wykorzystywać na drzewach o średnicy większej niż nawet 2 metry

Największe dotychczas przebadane drzewo to sekwoja wieczniezielona  w Kalifornii o średnicy ponad 5 metrów. Zdjęcie obrazuje ten test wykonany przez Argus Electronic. W celu wykonania testu wyznaczono 66 punktów pomiarowych, lecz skorzystano tylko z 16 sensorów.

Ograniczenia

Pęknięcia są prawdziwą barierą dla dźwięku. Na tomogramie wyglądają na znacznie większe niż są w rzeczywistości i mogą powodować błędne interpretacje stanu drzewa. W celu identyfikacji pęknięć w kształcie gwiazdy, oprogramowanie PICUS posiada funkcję wykrywania pęknięć. Zalecamy także połączenie PICUS z Tomogramem rezystencji elektrycznej Treetronic. Analizując wspólne wyniki badań ogranicza się ryzyko popełnienia błędu w ocenie.

Tomograf Dźwiękowy PICUS został opracowany przy współpracy z ekspertami od drzew z Institut für Gehölze & Landschaft.

Tomografia dźwiękowa 3D

Tomogramy PiCUS 3D – technika wielu skanów

Najdokładniejszym sposobem uzyskania trójwymiarowego obrazu wewnętrznej struktury drzewa jest wykonanie tomogramów na różnych wysokościach drzewa.

Oprócz atrakcyjnego sposobu prezentacji wyników pomiarów, obraz 3D pozwala na lepsze określenie źródła choroby pnia.

Jeżeli chory obszar zmniejsza się wraz z wysokością oznacza to, że choroba prawdopodobnie jest powiązana z korzeniami.

Obsługa modułu 3D jest niezwykle prosta. Wszystkie zarejestrowane tomogramu są składane w całość poprzez program a następnie prezentowane są jako przekrój pnia. Obszar pnia pomiędzy poziomami pomiarów jest kolorowany na podstawie interpolacji. Odległości pomiędzy poziomami pomiarów powinny być wyznaczane zależnie od warunków drzewa. Zalecamy wyznaczenie dystansów w zakresie 25 cm do 50 cm

Tomografia dźwiękowa pytania i odpowiedzi

Jaka jest różnica pomiędzy tomografią dźwiękową a tomografią oporności elektrycznej?

Tomografia dźwiękowa wykorzystuje fale dźwiękowe do uzyskania informacji “mechanicznej” o stanie drewna w pniu. Tomografia oporności elektrycznej wykorzystuje napięcie elektryczne do uzyskania informacji „chemicznych” o drewnie. W skrócie są to dwie różne metody uzyskania dwóch różnych informacji o drewnie.

Ile potrzebuję sensorów dźwiękowych?
Technologia PICUS rozróżnia sensory dźwiękowe (czujniki, które odbierają i rejestrują sygnał dźwiękowy) oraz punkty pomiarowe MP. MP to gwóźdź umieszczony w drzewie. Stukając młotek w gwóźdź generowana jest fala dźwiękowa. Sensory dźwiękowe przyczepiane są do gwoździ i rejestrują fale dźwiękowe. System PICUS może wykorzystywać WIĘCEJ punktów pomiarowych (gwoździ) niż sensorów. Jest to ważne jeżeli chcesz badać duże drzewa przy ograniczonej ilości sensorów.

Odległość pomiędzy punktami pomiarowymi powinna wynosić 15 do 40 cm. Bardzo gładkie i okrągłe drzewa będą wymagały mniej punktów pomiarowych, natomiast drzewa o grubej, chropowatej korze i nierównym obwodzie będą wymagały więcej.

Zaleca się aby stosować nie więcej niż dwa razy więcej MP niż sensorów. Tabela poniżej korelację rozmiarów drzewa do MP i sensorów.

Doświadczenie pokazuje, że można badać prawie każde drzewo wykorzystując 6 do 12 sensorów, umieszczonych dowolnie na 8 do 30 MP wliczając do sensory potrzebne do pomiarów 3D.

Jakie są ograniczenia tomografii dźwiękowej?

Pęknięcia w drewnie są prawdziwą granicą dla fal dźwiękowych. Pojawiają się one w tomogramach znacznie większe niż są w rzeczywistości i mogą prowadzić do błędnych wniosków o stanie drzewa. Aby zidentyfikować pęknięcia w kształcie gwiazdy, oprogramowanie PICUS posiada funkcję wykrywania pęknięć. Zalecamy także stosowanie innych metod pomiarowych takich jak pomiar oporności elektrycznej Treetronic

Jaka jest różnica pomiędzy Shigometrem a Treetronic?

Shigometr oraz Treetronic starają się uzyskać takie same informacje o konsystencji drewna (“czym jest oporność elektryczna?”), lecz bazują na innej zasadzie działania. Shigometer wymaga nawiercenia otworu w pniu, a następnie zbierane są informacje wzdłuż linii wiercenia. Jest to bezpośredni pomiar przewodności, gdyż dwie elektrody dotykają drewna w celu pomiaru napięcia i natężenia.

Treetronic wykorzystuje bardziej precyzyjną konfigurację czterech elektrod. Dwie elektrody służą do podawania prądu do drzewa, a dwie pozostałe mierzą spadek napięcia w różnych pozycjach. Dzięki temu Treetronic może zbierać informacje z całego przekroju pnia. Są to dane z całego pnia drzewa.

Obliczenia w Treetronic są inne od obliczeń Shigometru. Wynikiem obliczeń pomiarów Treetronic jest tomogram oporności elektrycznej (EIT). Interprtacja EIT wymaga doświadczenia i technicznej wiedzy o danym gatunku drzewa. EIT zapewnia cenne dodatkowe informacje o rodzaju uszkodzenia pnia drzewa.

Na przykład: Mierząc beech z Meripiulus gianteus, tomogram dźwiękowy nie będzie w stanie wykryć choroby, gdyż drewno w pniu nie jest zaatakowane przez zgniliznę. Treetronic natomiast pokaże bardzo wysoką przewodność, co w przypadku Beech oznacza infekcję grzybami, które zwiększają poziom wilgotności drewna. W tym przypadku Treetronic umożliwia także spojrzenie pod glebę dzięki trójwymiarowej naturze pomiarów. Tomograf dźwiękowy nie daje żadnych informacji spod poziomu gruntu.

Ile sond potrzebnych jest do pracy z Treetronic?

Treetronic posiada 24 kanały lub sondy. Aby uzyskać odpowiednią rozdzielczość pomiaru, tomografia oporności elektrycznej wymaga więcej punktów pomiarowych niż tomografia dźwiękowa. W wielu sytuacjach zalecamy podwojenie ilości dźwiękowych punktów pomiarowych dzięki czemu zapewniona będzie dobra rozdzielczość pomiaru oporności elektrycznej. Dla przykładu, jeżeli tomogram dźwiękowy wykonany był w 10 punktach pomiarowych, zalecamy wykonanie tomografii oporności elektrycznej z 20 sondami. Większe drzewa można mierzyć łącząc nawet 3 urządzenia Treetronic. 

Jak ważna jest odpowiednia geometria?
Obliczenie prędkości opiera się na wzorze:

Prędkość = odległość/czas

Im geometria w miejscu pomiaru jest dokładniejsza, tym wyniki tomogramu są precyzyjniejsze. Oprogramowanie PICUS umożliwia różne sposoby dokładnego pomiaru geometrii. Metoda triangulacji jest jednak najdokładniejsza.

Czy potrzebuję elektroniczną suwmiarkę?
Elektroniczna suwmiarka jest bardzo wydajnym narzędziem umożliwiającym precyzyjny pomiar pozycji punktów pomiarowych. Nie jest ona niezbędna, jednak pomaga w szybkim i dokładnym rejestrowaniu kompleksowej geometrii pnia na poziomie pomiaru. Wyniki z elektronicznej suwmiarki mogą być automatycznie przesyłane do komputera. Standardowe mechaniczne suwmiarki też mogą być wykorzystywane. 

Czy jest różnica pomiędzy elektronicznym młotkiem PICUS (PEH) i radiowym młotkiem PICUS (PRH)?

PEH podłączany jest kablem w szeregu do ostatniego modułu pomiarowego. Przewód podłącza się do uchwytu młotka. PRH natomiast podłączany jest do PICUS bezprzewodowo. PRH posiada akumulator, który należy ładować w celu pracy z młotkiem. PRH jest wygodniejszy w pracy gdyż jest bezprzewodowy, aczkolwiek system radiowy PRH może być zakłócany poprzez inne elektroniczne urządzenia znajdujące się w okolicy. Jeżeli w trakcie pracy pojawi się taki problem, PRH można także podłączyć do PICUS przy pomocy kabla.

Czy urządzenie wymaga rocznych przeglądów okresowych?
Nie, sensory nie wymagają okresowej kalibracji. Firma Toropol oferuje jednak okresowe sprawdzenie i konserwacje systemu zgodnie z wymogami producenta.

Czy do pracy z PICUS wymagane jest szkolenie?
Tak, do prawidłowej pracy z PICUS zalecamy 1 dniowe szkolenie

Jaka jest rekomendowana konfiguracja systemu PICUS?

Posiadając elektroniczny młotek, ilość sensorów nie jest aż tak ważna. Połączenie tomografii dźwiękowej z tomografią oporności elektrycznej można uzyskać znacznie więcej użytecznych informacji niż poprzez zwykłe zwiększanie ilości punktów pomiarowych dla PICUS. Zalecamy pracę z systemem PICUS 3 z 6 czujnikami wspartym systemem Treetronic, niż z samodzielnym systemem PICUS 3 z 12 czujnikami.

Minimalna konfiguracja:
Tomograf dźwiękowy PiCUS 3 – 6 sensorów
Oprogramowanie PICUS
suwmiarka mechaniczna

Konfiguracja standardowa:
Tomograf dźwiękowy PICUS 3 - 6 sensorów
Elektroniczna suwmiarka PiCUS
Oprogramowanie PiCUS 3D Expert

Konfiguracja naukowa/ekspert:
Tomograf dźwiękowy PiCUS 3 – 12 sensorów
Elektroniczna suwmiarka PiCUS
Oprogramowanie PiCUS 3D Expert
Tomograf oporności elektrycznej Treetronic

Czy tomogramy mogą pokazać drewno bielaste i drewno twardzielowe w drzewie?

Tak, szczególnie Treetronic może w wielu sytuacjach precyzyjnie pokazać drewno bielaste i twardzielowe. W drzewach z defektami (pustki lub choroby), rozróżnienie drewna bielastego od twardzielowego może być znacznie trudniejsze

Czy tomogram dźwiękowy lub elektryczny jest w stanie pokazać pierścienie wzrostu?

Nie, pierścienie wzrostu są zbyt małe, aby można je było wykryć przy pomocy tej technologii.

Czy tomogram dźwiękowy lub elektryczny daje informacje o korzeniach?

Tomogram dźwiękowy (SoT) nie daje żadnej informacji o korzeniach. Daje on informacje tylko na wysokości pomiaru.

Tomogram oporności elektrycznej (EIT) daje informacje o przewodności pewnej części pnia. Długość sekcji jest mniej więcej równa do średnicy drzewa. Dlatego też, mierząc przy samym poziomie gruntu, EIT może dać także informacje o korzeniach, szczególnie o występującej zgniliźnie.
 

Czy mogę wykorzystać PICUS do wykrywania/mapowania korzeni?

Wykorzystywanie tomografii dźwiękowej do wykrywania korzeni jest ograniczone. W idealnych warunkach powinno być możliwe wykrycie dużych korzeni blisko drzewa tuż pod powierzchnią ziemi.