수목 결함 진단을 위한 음파 단층 촬영 기법 개선 연구 = Improvement of Sonic Tomography Techniques for Tree Decay Diagnosis

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 수목 음파 단층 촬영(Sonic Tomography, SoT)의 진단 정확도 향상을 위한 방안 정립을 목적으로 진행하였다. 음파 단층 촬영시 수간의 단면 형상 제작 및 음속⋅도달시간 보간 알고리즘을 개발하였다. 수간과 내부 결함의 형상을 고려하여 실험목을 제작하고, 음파단층 촬영 결과와 비교하였다. 주요 연구 결과는 다음과 같다.
첫째, 기존 PiCUS Calliper를 활용한 수간 단면(Geometry)형상 제작의 한계를 검토한 후, 대안으로써 3D Scan 데이터의 활용 가능성을검토하였다. 3D Scan 데이터를 이용하여 MP 설정과 효율성을 고려한 수간 단면 제작 방법을 정립하였다. 둘째, 음속은 매질 내 둘레 방향의전달 효율이 낮았으며, 수간의 불규칙한 형상으로 인해 음파 전달의 불연속성이 컸다. 이러한 특성은 대형목에 비해 규격이 작은 수목에서명확하게 관측되었다. 셋째, 음속 보간 알고리즘을 활용한 내부 결함 진단은 PiCUS 음속분포도에 비해 음속 변화에 민감하게 작동되었다.
도달시간 보간 알고리즘을 활용한 진단은 음속 데이터에 비해 둘레 방향 음파 전달 특성 및 수간의 불규칙한 형상에 대한 간섭이 상대적으로작아 신뢰성 있는 결함 탐지가 가능하였다. 음속과 함께 도달시간 분석을 병행한다면, 진단 결과를 보완할 수 있음을 밝혔다. 넷째, 10cm 이하 초기 결함 및 다발성 결함의 경우 음속⋅도달시간 분석을 통한 결함 탐지에 한계가 있었다.
본 연구는 3차원 데이터의 활용과 알고리즘 개발을 통해 수목 결함 진단 기술의 고도화를 도모하였으며, 유형별 실험목 측정을 통해그 신뢰성을 검증하였다는 점에서 의의가 있다. 그러나 실험목 확보의 제약으로 인해 동일 수종을 대상으로 한 비교⋅분석에는 한계가존재하였다. 또한 둘레 방향의 음파 전달 특성과 불규칙한 수목 형상으로 인해 발생하는 계측 데이터의 불연속성은 향후 연구에서 보완되어야한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study established methods to improve the diagnostic accuracy of Sonic Tomography (SoT) for trees. For SoT, trunk cross-section models were produced, and algorithms for sonic velocity and propagation delay interpolation were developed.
Experimental specimens were prepared considering the geometry of trunks and internal decay, and the results were compared with those of Sonic Tomography.
First, after reviewing the limitations of trunk cross-section (Geometry) modeling using the conventional PiCUS Calliper, the applicability of 3D Scan data was examined as an alternative, thereby establishing a method for producing trunk cross-sections that considered MP setting and efficiency. Second, sonic velocity showed low transmission efficiency along the medium’s circumference, and wave transmission’s discontinuity increased due to irregular trunk shapes—characteristics clearly observed in trees with relatively smaller diameters. Third, diagnosis using the sonic velocity interpolation algorithm was more sensitive to velocity changes than the PiCUS sonic velocity distribution. Diagnosis using the propagation delay interpolation algorithm was relatively less affected by circumferential transmission characteristics and irregular trunk shapes than sonic velocity data, enabling more reliable detection of decay. The combination of propagation delay analysis and sonic velocity analysis could complement diagnostic results. Fourth, in early decay less than 10cm and multiple decay, detection using only sonic velocity and propagation delay analyses had some limitations. Overall, this study aimed to advance tree decay diagnostic technology using three-dimensional data and developing algorithms. The reliability of the study was verified by measuring different specimens.
However, limitations existed in comparative analysis targeting a single species due to restrictions in securing specimens. Finally, future research should address the discontinuities in the measurement data caused by the characteristics of circumferential wave transmission and irregular trunk shapes.