수목내부진단기 PiCUS(수목단층촬영장비) 종류와 원리

Argus Electronic은 1999년부터 'PiCUS 소닉 *토모그래프'라는 브랜드명으로 세계 30여개국에 수목진단 솔루션을 제공하고 있습니다. 그 중에서도 음파(소닉)와 전기 저항 기술을 활용한 수목 진단 솔루션이 돋보입니다.

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*토모그래프란?  

'보이지 않는 곳의 단면을 자른다'는 뜻의 그리스어 Tomos와 그림이라는 뜻의 'graph'의 합성어. ​의학 분야의 CT, 물리탐사에서 지오토모그래피, 시추공 토모그래피 등 불가시 정보를 영상화하는 일련의 기술로 다양한 분야에서 사용됨. ​피쿠스 토모그래프는 음파나 전기저항을 이용해 나무 내부를 그래프화함.

1. PiCUS³ Sonic Tomograph (SoT) 

음파를 활용한 비파괴 수목내부진단 장비

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PiCUS3 수목내부진단기(Tree Sonic Tomograph)는 나무의 손상 부위를 감지하기 위한 장치입니다. 진동망치로 음파(진동)을 발생시켜, 수목 내부에서의 음파의 전달 시간을 정밀하게 측정하여 단층을 파악하는 원리입니다. 나무 내부를 횡단하는 음파의 속도를 측정하는데, 이 속도는 나무의 탄성 계수와 연관이 있습니다. 병이나 물리적 손상에 의해 균열, 공동, 부후가 발생하면 나무의 탄성과 밀도가 감소합니다. 따라서 센서에 도달하는 시간이 달라집니다.

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전달 시간이 다른 영역을 다른 색상으로 표시하여 그래픽화하며, 내부의 결함은 물론 분해 정도까지도 파악할 수 있습니다. 자체 익스퍼트 소프트웨어를 활용하면 다양한 단층 그래프를 활용하여 3D 그래픽을 만들어낼 수 있습니다. 손상이 어떻게 확산되고 있는지 생생하게 나무에 대입하여 수목을 진료할 수 있습니다.

PiCUS3 영상 : https://youtu.be/jTHR2iutBvo

음파를 이용한 비파괴 수목 진료의 한계점은 없나요?

​나무 내부에 크랙이 있는 경우, 음파가 크랙을 넘어서 퍼져나가지 못합니다. 따라서, 토모그램상에서는 실제보다 과하게 표시될 수 있고 이를 해석할 때에 오류가 발생할 수 있습니다. 소프트웨어의 'Crack Dect' 기능을 이용하여 크랙 해석을 지원하고 있습니다만, 전기 저항 방법 등의 다른 조사 기법을 동시에 활용하여 보완하는 것이 바람직합니다.

2. PiCUS Tree Tronic³(Electric Resistance Tomography: ERT)

전기 저항을 활용한 비파괴 수목내부진단 장비

Tree Tronic3 수목내부진단기는 전기저항을 활용한 장비입니다. 나무 내부를 보여주는 2차원 전기 저항 단층면의 그래프을 생성합니다. 주로, 수분함량, 세포의 구조, 이온을 띄는 화학적 구성물의 조성 등 나무의 화학적 특성에 민감하게 반응하며, 부후가 발생하면서 동반하는 화학 특성의 변화를 감지할 수 있습니다. 앞서 소개드릴 PiCUS³ 수목내부진단기와 함께 활용하여 나무의 상태를 보다 통합적으로 파악하고 해석할 수 있습니다

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ERT(Electric Resistance Tomography)로 불리우는 전기저항 토모그래피는 특히 초기 단계의 부후를 보여주며 소닉 토모그램이 크랙으로 인한 블러 이미지가 있는 경우에 전기 저항 토모그램이 도움을 줍니다.

PiCUS3와 Tree Tronic3 수목 내부 진단이 모두 필요한 이유

소닉 토모그래프는 음파를 이용하여 주로 나무의 기계적(Mechanical) 상태에 대한 정보를 획득합니다. 전기 저항 토모그래프는 전류를 이용하여 화학적(Chemical) 상태에 대한 정보를 획득합니다. 이 두 정보를 대조하여 수목내부의 정확한 진단이 가능하고 데미지가 어떻게 확산할 것인지까지 예측해볼 수 있습니다. 두 방법 모두 나무를 훼손하지 않는 비파괴 방식으로 가로수나 보호수 등 외부에서 관찰하기 어려운 수목 피해를 사전에 감지하고 예측하여 수목 진료에 유용하게 활용할 수 있습니다.

예시) 피나무류의 실험 예시

위의 4개의 지점에서는 각각 음파속도와 저항의 결과가 다릅니다. 부후가 시작되는 빨간 지점의 경우, 우리가 음파로만 결과를 확인했다면 정상으로 판단할 수 있습니다. 음파속도가 낮아서 내부 손상이 의심되는경우, 건조하여 고사상태인 공동이 문제인지 부후가 진행되고 있는 상태인지 보다 정확하게 판단할 수 있습니다.

3. PiCUS Calliper

수목직경측정기

나무의 형상(지오메트리)이 정확하게 측정될수록 정확한 토모그램을 얻을 수 있습니다. 두 진단 방식 모두 정확한 나무의 지오메트리 정보가 필요합니다. 단순한 형상일 경우 소프트웨어에 입력된 Circualr, Elliptical을 이용하면 되지만, 형상이 복잡할 경우에는 일반적으로 삼각측량법을 이용합니다. 이는 * PiCUS Calliper로 정확하고 빠르게 수행할 수 있습니다. PiCUS3, Tree Tronic3와 쉽게 연결됩니다.

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최신 버전의 캘리퍼는 파본파이버로 제작되어 튼튼하고 가벼워 취급이 편합니다. 베어링 파트는 스테인리스 스틸로 제작되었습니다. 백팩에 쉽게 수납이 가능한 사이즈에 더욱 정밀해진 기술로 높은 정확도를 자랑합니다. 큰 버튼과 화면으로 사용자가 매우 쉽게 장비를 구동하고 확인할 수 있습니다.

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산림청에서는 수목위험평가 관리의 가이드라인으로 시각적 평가, 기초평가, 상세, 정밀평가 순으로 권장하고 있습니다. 

​씨앤에치아이앤씨(주)에서는 수목진단을 포함한 다양한 계측 및 진단 솔루션을 제공하고 있습니다.

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