JP2005292099A - 樹木診断方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 植えられている状態での樹木の葉の育成状態をそのまま診断する方法及び装置を提供する。
【構成】 送信アンテナ１２から放射された放射電波は、おもに樹木１００により吸収されるため、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄに到達する透過電波２２の強度は、放射電波２１の強度に対して減少する。この減少量が透過損失である。この透過損失は主に樹木の水分による吸収損失で決まるため水分の吸収に起因する透過損失の測定から樹木１００の育成状態が診断可能となる。そのためには、樹木に電波を照射するための放射電波と、放射電波が樹木を透過した後の透過電波の強度比から透過損失を算出し、さらに透過損失の標準偏差値から樹木の脱水率を算出し、樹木の診断を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電波を樹木に照射し、樹木を透過した電波の強度を検出することにより樹木を診断する樹木診断方法及び装置に関するものであり、特に樹木による電波の透過損失を検出し、樹木に含まれる水分の脱水率を算出することにより樹木の健康状態を診断する樹木診断方法及び装置に関する。

樹木の健康状態の把握は、街路樹や山林の管理には必須である。健康状態の良い樹木は葉、幹に十分な水分量を保持するため、葉、幹の水分量の定量的な把握により樹木の健康状態の診断は可能であり。水分量を定量的に把握するには、採取した樹木の採取部分の重量を計測し、次に加熱などにより水分を殆んどゼロとし再び重量を計測し、重量の差分を求める方法が一般的である。この他、電波を樹木に照射する樹木診断方法がある。この方法は、樹木の水分量を健康状態を保ちながら計測することができるため、樹木の診断方法としては極めて有効な方法である。

この樹木診断方法は、樹木の幹の部分の水分量を計測する方法として既に特許文献１に提案されている。特許文献１に提案されている方法は、伐採した木材を、電波を放射する送信アンテナと電波を受信する受信アンテナで挟み、木材を透過した電波の受信信号レベルを計測するとともに、木材の重量を計測し水分量を算出するものである。

特開２００１−１２４７０７

しかし、これらの樹木診断方法は伐採された樹木を対象としており、植えられている状態での樹木の葉の健康状態をそのまま診断する方法はこれまで提案されていなかった。

本発明は、樹木の葉の健康状態を植えられている状態で診断する方法及び装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項１の記載によれば、樹木に電波を照射して樹木の健康状態を診断する樹木診断方法において、送信装置により放射した放射電波の強度を受信装置により計測する第１の計測工程と、前記送信装置により放射した前記放射電波が前記樹木を透過した透過電波の強度を前記受信装置により計測する第２の計測工程と、信号処理装置により前記第１の計測工程で計測された前記放射電波の強度の計測値と、前記第２の計測工程で計測された前記透過電波の強度の計測値とから強度比を算出する信号処理工程とにより樹木の健康状態を診断することを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項２の記載によれば、前記第２の計測工程は、前記樹木の複数箇所の前記透過電波の強度を計測することを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項３の記載によれば、前記第１の計測工程は、前記送信装置を移動させる第１の移動工程を含むことを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項４の記載によれば、前記第２の計測工程は、前記受信装置を移動させる第２の移動工程を含むことを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項５の記載によれば、前記信号処理工程は、前記第１の計測工程で計測された前記放射電波の強度の計測値を記憶する基準受信信号記憶工程と、前記第２の計測工程で計測された前記透過電波の強度の計測値を記憶する受信信号記憶工程と、前記基準受信信号記憶工程で記憶された前記放射電波の強度の計測値と前記受信信号記憶工程で記憶された前記透過電波の強度の計測値との強度比から透過損失を算出する透過損失算出工程とを含むことを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項６の記載によれば、前記信号処理工程は、複数の前記強度比の標準偏差値を算出する標準偏差値算出工程と、前記標準偏差値から脱水率を算出する脱水率算出工程と、算出された脱水率から前記樹木の健康状態を診断する樹木診断工程とを含むことを特徴とする。

また、上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断装置は、請求項７の記載によれば、樹木に電波を照射して樹木の健康状態を診断する樹木診断装置において、前記樹木に放射電波を放射する送信装置と、前記放射電波が樹木を透過した後の透過電波を受信する受信装置と、前記放射電波と前記透過電波の強度比から樹木の健康状態を診断する信号処理装置とを具備することを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項８の記載によれば、前記受信装置は複数の受信アンテナを備え、前記受信アンテナの各々が前記透過電波を受信することを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項９の記載によれば、前記送信装置は複数の送信アンテナを備え、前記送信アンテナの各々が前記放射電波を放射することを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項１０の記載によれば、前記送信装置を移動可能とする第１の移動手段をさらに備えることを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項１１の記載によれば、前記受信装置を移動可能とする第２の移動手段をさらに備えることを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項１２の記載によれば、前記信号処理装置は、前記放射電波の強度の計測値を記憶する基準受信信号記憶部と、前記透過電波の強度の計測値を記憶する受信信号記憶部と、前記基準受信信号記憶部で記憶された前記放射電波の強度の計測値と前記受信信号記憶部で記憶された前記透過電波の強度の計測値との強度比から透過損失を算出する透過損失算出部とを備えることを特徴とする。

上述の課題を解決し目的を達成するため、この発明に係わる樹木診断方法は、請求項１３の記載によれば、前記信号処理装置は、複数の前記強度比の標準偏差値を算出する標準偏差値算出部と、前記標準偏差値から脱水率を計算する脱水率算出部と、算出された脱水率から前記樹木の健康状態を診断する樹木診断部とを備えることを特徴とする。

この発明の樹木診断装置によれば、樹木の葉の健康状態を植えられている状態で診断する方法及び装置を提供することが可能となる。

以下に、この発明に係わる樹木診断方法及び装置の第１の実施例における手順について図１〜図７を参照して説明する。

図１は第１の実施例の樹木診断装置の概略斜視図である。樹木診断装置は、送信装置１と受信装置３と受信信号ケーブル４１と信号処理装置５とから構成される。送信装置１は、送信アンテナ１２を装備し、支柱１５により地上に固定される。受信装置２は、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄを装備し、支柱３５により地上に固定される。送信アンテナ１２から放射される放射電波２１は、樹木１００の葉１０１に照射される。樹木１００は葉１０１と幹１０２とから構成されるが、放射電波２１は主に葉１０１に照射される。葉１０１のそれぞれ異なる部分を透過した透過電波２２は受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄにより受信される。受信された信号は受信信号ケーブル４１により信号処理装置５へ伝送される。

図２は第１の実施例の樹木診断装置の機能構成図である。樹木診断装置は、送信装置１と受信装置３と受信信号ケーブル４１と信号処理装置５とから構成される。送信装置１は、送信信号発生部１１と送信アンテナ１２とから構成される。受信装置３は、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄと、受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３３Ｃ、３４Ｄと、ＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄと、伝送信号駆動部３４とから構成される。信号処理装置５は、伝送信号検出部５１と、計測モード切替部５２と、基準受信信号記憶部５３と、受信信号記憶部５４と、透過損失算出部５５と、透過損失標準偏差値算出部５６と、脱水率算出部５７と、樹木診断部５８とから構成される。

送信アンテナ１２から放射される放射電波２１は樹木１００の葉１０１に照射される。葉１０１に照射された放射電波２１は、葉１０１を透過後、透過電波２２として受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄで受信される。受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄで受信された受信信号は、受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄで検出され、さらにＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄによりそれぞれ４個のデジタル受信信号に変換される。デジタル信号に変換された４個のデジタル受信信号は伝送信号駆動部３４から、受信信号ケーブル４１を介して信号処理装置５へ送出される。

受信信号ケーブル４１により送出された４個のデジタル受信信号は、信号処理装置５の伝送信号検出部５１で受信され、計測モード切替部５２へ送出される。計測モード切替部５２へ送出された４個のデジタル受信信号は、計測モード切替部５２が基準モードの場合基準受信信号記憶部５３へ、診断モードの場合受信信号記憶部５４へ送出される。後に説明するように、基準モードは樹木がない場合の計測を、診断モードは樹木があり樹木診断を行う場合の計測を示す。計測モード切替部５２の基準モード、診断モードの切替は別手段、例えば手動又は自動で行われる。透過損失算出部５５では、受信信号記憶部５４からの４個のデジタル受信信号とこれらに対応する基準受信信号記憶部５３からの４個のデジタル受信信号を用いて、４個の透過損失が求められる。この４個の透過損失データから透過損失標準偏差値算出部５６で透過損失の標準偏差値が算出される。さらに、この透過損失の標準偏差値から脱水率算出部５７で樹木１００の葉１０１の脱水率が算出され、この値に基づいて樹木診断部５８で樹木１００の葉１０１の健康状態の診断が行われる。なお、透過損失、透過損失の標準偏差値、脱水率の算出については後に詳細に説明する。

送信アンテナ１２から放射された放射電波は、おもに樹木１００の葉１０１により反射され、吸収されるため、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄに到達する透過電波２２の強度は、放射電波２１の強度に対して減少する。この減少量が透過損失である。この透過損失は主に樹木の水分による吸収損失で決まり、反射損失には殆んど依存しない。そのため、水分の吸収に起因する透過損失の測定から樹木１００の健康状態が診断可能となる。すなわち、樹木の健康が順調な場合、樹木１００の葉の１０１の水分量はある一定量保持されるが、樹木の健康状態が何らかの理由で阻害され枯れたりするとその水分量は減少する。従って、水分の抜け具合からその樹木の健康状態が診断可能となる。この水分量の変化は樹木１００の幹１０２より葉１０１が著しい。そのため、樹木１００の葉１０１の水分量を検知することによりさらに精度よく樹木の健康状態の診断ができる。

樹木１００の樹木診断に必要な樹木１００の葉１０１の透過損失は以下のように算出される。まず、計測モード切替部５２を基準モードに切替える。この場合、測定のための機材は樹木診断を行う場合と同じ配置とし、測定対象物の樹木１００がない場合の放射電波２１を受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄで受信する。さらに受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄで検出され、ＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄの出力として得られる放射電波の強度の計測値を基準信号記憶部５３に基準値として記憶する。次に計測モード切替部５２を診断モードに切替える。この場合、測定のための機材は樹木診断を行う場合の配置とし、対象物の葉１０１を放射電波２１で照射し、照射後の透過電波２２を受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄで受信する。さらに受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄで検出され、ＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄの出力として得られる透過電波の強度の計測値を受信信号記憶部５４に記憶する。樹木１００の葉１０１の透過損失は放射電波の強度の計測値と透過電波の強度の計測値から、（放射電波の強度の計測値−透過電波の強度の計測値）／（放射電波の強度の計測値）なる式により算出される。

受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄで受信される透過電波２２は葉１０１のそれぞれ異なる部分を通過するため、それぞれの透過損失は異なる。これら４箇所を透過する透過電波の透過損失のばらつきは、後で説明するように、葉の枚数よりも葉に含まれる水分量に大きく依存する。透過損失のばらつきは、水分量が多く樹木の健康状態が良好な場合は大きく、水分量が少なく樹木の健康状態が悪く枯れる寸前の樹木の場合は少ない。したがって、透過損失のばらつきの大きさを標準偏差値として定量的に把握することにより、樹木１００の葉１０１の水分量が定量的に推定でき、樹木の健康状態の診断が可能となる。

葉１０１の水分量は含水率或いは脱水率で調べられる。脱水率は水分が抜ける前の葉の重量から水分が抜けたあとの葉の重量の差を、水分が抜ける前の葉の重量で除した値である。脱水率０％は水分が全く抜けていない生木の状態を、１００％は水分が完全に抜け切り葉１０１が枯れた状態を示す。そのため、脱水率は樹木１００の葉１０１の健康状態を表す指標として適するものである。

次に、図３から図６により、樹木の透過損失のばらつきを標準偏差値で表現し、この標準偏差値から葉１０１の脱水率が算出できる原理を実験結果を用いて説明する。

図３は、ネズミモチとトウネズミモチの葉の枚数と透過損失との関係を示す実験データである。ネズミモチは樹高５ｍほど、トウネズミモチは樹高１２ｍ以上で街路樹としては一般的な常緑樹である。この一般的な街路樹であるネズミモチとトウネズミモチについて、葉の枚数に対する透過損失を実験で調べた。図３は、ネズミモチ、トウネズミモチを摘み取った日を１日目とし、１日目とそのまま乾燥状態においた５日目の、葉の枚数に対する透過損失との関係を示す実験データである。図３は、葉の枚数が増加すると透過損失は増加すること、５日目の方が１日目と比べると葉の枚数に対する透過損失の増加の割合が少ないこと、この傾向はネズミモチ、トウネズミモチともほぼ同じであることを示している。

図４は、トウネズミモチの葉一枚当りの透過損失と、葉を摘み取ってからそのままの状態で乾燥させた日数との関係を示す実験データである。トウネズミモチの２枚の葉について実験を行い、その結果を試料１と試料２で示した。さらに図４のトウネズミモチの葉一枚当りの透過損失の実験結果に、図３に示すトウネズミモチの１日目と５日目の透過損失の標準偏差値を□印で併せて示した。透過損失の標準偏差値σは図３に示す葉の枚数に対する透過損失の測定値から次式により得られる。すなわち、葉の枚数ｎに対する透過損失の測定値をＬｎ、測定時の葉の枚数の最大値をＭとすると、

図４に示すように、１日目と５日目の透過損失の標準偏差値は、１日目と５日目の試料１及び試料２の葉一枚あたりの透過損失の値とほぼ同じである。そのため、２日目、３日目、４日目の透過損失の標準偏差値の推定値を、２日目、３日目、４日目の試料１と試料２の葉一枚あたりの透過損失とした。

図５は、トウネズミモチの葉一枚当りの脱水率と日との関係を示す実験データである。脱水率は、１日目の１枚当りの葉の重量とそれ以降のＸ日目の１枚当りの葉の重量を計測し、（１日目の葉の重量−Ｘ日目の葉の重量）／（１日目の葉の重量）から求められる。

図６は、透過損失の標準偏差値と脱水率との関係を示す図である。図６は、図４で得られる透過損失の標準偏差値と日数との関係を示す図と、図５で得られた脱水率と日数との関係を示す図から、日数をパラメータ（助変数）として求められる。図６から、脱水率は透過損失の標準偏差値に対しほぼ直線的に変化することが分かる。これにより、樹木の各部分の透過損失を計測し、その標準偏差値を求めることにより、その樹木の脱水率が得られることになる。したがって、この脱水率から樹木の健康状態の診断が可能となる。

図７は、第１の実施例の樹木診断装置の測定手順を示すフローチャートである。まず、計測モード切替部を基準モードに設定する（Ｓ１）。この状態で樹木診断を行う場合と同一の機材配置で樹木診断装置を設置し、各受信アンテナで受信される透過電波の受信信号の強度を計測する（Ｓ２）。さらに計測した透過電波の受信信号の強度を基準値として基準受信信号記憶部に記憶する（Ｓ３）。

次に、計測モード切替部を診断モードに設定する（Ｓ４）。この状態で、計測対象の樹木１００の葉１０１を送信装置と受信装置で挟む機材配置とし、各受信アンテナから受信される受信信号の強度を計測する（Ｓ５）。この計測した透過電波の受信信号の強度を受信信号記憶部に記憶する（Ｓ６）。

次に、各受信アンテナからの計測値と、各アンテナに対応した基準値から葉１０１による透過損失を算出する（Ｓ７）。

次に、各受信アンテナから得られる透過損失から標準偏差値を算出する（Ｓ８）。最後に、透過損失の標準偏差値から樹木の脱水率を算出し、樹木の健康状態の診断を行う（Ｓ９）。

以上のように、機能構成図に示す機能を用い、フローチャートに示す測定手順を用いることにより、樹木診断が可能となる。

次に、この発明に係わる樹木診断方法及び装置の第２の実施例における手順について図８〜図１１を参照して説明する。

図８は第２の実施例の樹木診断装置の概略斜視図である。樹木診断装置は、送信装置１と受信装置３と受信信号ケーブル４１と信号処理装置５とから構成される。送信装置１は、送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを装備し、支柱１５に取付けられる。この支柱１５は「第１の移動手段」としての送信装置移動部７の移動溝７３に沿って、図示しない駆動部により図中矢印方向に移動可能に取付けられている。受信装置２は、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを装備し、支柱３５に取付けられている。この支柱３５は「第２の移動手段」としての受信装置移動部８の移動溝８３に沿って、図示しない駆動部により図中矢印方向に移動可能に取付けられている。送信アンテナ３１Ａから放射される放射電波２１は、樹木１００の葉１０１に照射されて、葉１０１を透過した後に、透過電波２２として受信アンテナ３１Ａにより受信される。同様に送信アンテナ３１Ｂから放射される放射電波２１は、樹木１００の異なる部分の葉１０１に照射されて、葉１０１を透過した後に、透過電波２２として受信アンテナ３１Ｂにより受信される。さらに送信アンテナ３１Ｃから放射される放射電波２１は、樹木１００のさらに異なる葉１０１に照射されて、葉１０１を透過した後に、透過電波２２として受信アンテナ３１Ｃにより受信される。これらの受信された信号は受信信号ケーブル４１により信号処理装置５へ伝送される。

また、信号処理装置５と送信装置移動部７との間には、支柱１５を移動させる駆動部駆動信号を伝送する駆動信号ケーブル４２が設けられている。また、信号処理装置５と受信装置移動部８の間には、支柱３５を移動させる駆動部駆動信号を伝送する駆動信号ケーブル４３が設けられている。

図９は第２の実施例の樹木診断装置の概略平面図である。送信装置１は図示しない支柱に取付けられ、この支柱は送信装置移動部７の移動溝７３に移動可能に取付けられる。さらにこの支柱は移動溝７３内に設けられた図示しない駆動部により矢印方向へＡの位置、Ｂの位置まで移動可能である。同様に受信装置３は図示しない支柱に取付られ、この支柱は受信装置移動部８の移動溝８３に移動可能に取付られる。さらにこの支柱は移動溝８３内に設けられた図示しない駆動部により矢印方向へＣの位置、Ｄの位置まで移動可能である。送信装置１の送信アンテナ１２Ａから放射された放射電波２１は樹木の葉１０１を透過し、葉１０１を透過した後に、透過電波２２として受信アンテナ３１Ａで受信される。同様に図示しない送信アンテナ１２Ｂからの透過電波は図示しない受信アンテナ３１Ｂで、図示しない送信アンテナ１２Ｃからの透過電波は図示しない受信アンテナ３１Ｃで受信される。次に送信装置１を移動溝７３内のＡまで移動させ、同様に受信装置３を移動溝８３内のＣまで移動させる。この状態で送信装置１の送信アンテナ１２Ａから放射された透過電波は受信アンテナ３１Ａで受信され、同様に図示しない送信アンテナ１２Ｂからの透過電波は図示しない受信アンテナ３１Ｂで、図示しない送信アンテナ１２Ｃからの透過電波は図示しない受信アンテナ３１Ｃで受信される。さらに送信装置１を移動溝７３内のＢまで移動させ、同様に受信装置３を移動溝８３内のＤまで移動させる。この状態で送信装置１の送信アンテナ１２Ａから放射された透過電波は受信アンテナ３１Ａで受信され、同様に図示しない送信アンテナ１２Ｂからの透過電波は図示しない受信アンテナ３１Ｂで、図示しない送信アンテナ１２Ｃからの透過電波は図示しない受信アンテナ３１Ｃで受信される。以上の測定により、それぞれ３個の送信アンテナと受信アンテナを３個所で固定し計測することにより、樹木１００の葉１０１の異なった９箇所を透過する透過電波を受信することが可能となる。

図１０は第２の実施例の樹木診断装置の機能構成図である。樹木診断装置は、送信装置１と受信装置３と受信信号ケーブル４１と信号処理装置５とから構成される。送信装置１は、送信信号発生部１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとから構成される。受信装置３は、受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと、受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３３Ｃと、ＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃと、伝送信号駆動部３４とから構成される。送信装置移動部７は、駆動制御部７１と駆動部７２とから構成される。受信装置移動部８は、駆動制御部８１と駆動部８２とから構成される。信号処理装置５は、伝送信号検出部５１と、計測モード切替部５２と、基準受信信号記憶部５３と、受信信号記憶部５４と、透過損失算出部５５と、透過損失標準偏差値算出部５６と、脱水率算出部５７と、樹木診断部５８と、送信／受信移動制御部５９と、駆動信号ケーブル４２、４３とから構成される。

送信アンテナ３１Ａから放射される放射電波２１は、樹木１００の葉１０１に照射される。葉１０１を透過した透過電波２２は受信アンテナ３１Ａで受信される。同様に送信アンテナ３１Ｂから放射される放射電波２１は、樹木１００の異なる部分の葉１０１に照射される。葉１０１を透過した透過電波２２は受信アンテナ３１Ｂで受信される。さらに送信アンテナ３１Ｃから放射される放射電波２１は、樹木１００のさらに異なる葉１０１に照射される。葉１０１を透過した透過電波２２は受信アンテナ３１Ｃで受信される。受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃで受信された受信信号は、受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃで検出され、さらにＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃによりそれぞれデジタル信号に変換され、３個のデジタル受信信号が得られる。さらに、送信装置１は送信装置移動部７の移動溝７３内に設けられた駆動部７２により矢印方向へ図９のＡの位置、Ｂの位置まで移動し、受信装置３は受信装置移動部８の移動溝８３内に設けられた駆動部８２により矢印方向へ図９のＣの位置、Ｄの位置まで移動する。この状態で、さらに受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃで受信され、受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃで検出され、ＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃによりデジタル信号に変換される。その結果、受信デジタル信号は６個となり、前の３個と合わせて合計９個となる。これら９個のデジタル受信信号は伝送信号駆動部３４から、受信信号ケーブル４１を介して信号処理装置５へ送出される。

受信信号ケーブル４１により送出された９個のデジタル受信信号は、信号処理装置５の伝送信号検出部５１で受信され、計測モード切替部５２へ送出される。計測モード切替部５２へ送出された９個のデジタル信号は計測モード切替部５２が基準モードの場合基準受信信号記憶部５３へ、診断モードの場合受信信号記憶部５４へ送出される。透過損失算出部５５では、受信信号記憶部５４から送出された９個のデジタル受信信号とこれらに対応する基準受信信号記憶部５３からの９個のデジタル受信信号を用いて、９個の透過損失が求められる。これらの９個の透過損失データから透過損失標準偏差値算出部５６では透過損失の標準偏差値が算出される。さらに、この透過損失の標準偏差値から脱水率算出部５７で葉１０１の脱水率が算出され、この値に基づいて樹木診断部５８で樹木１００の健康状態の診断が行われる。

樹木１００の樹木診断に必要な樹木１００の葉１０１の透過損失は以下のように算出される。まず、計測モード切替部５２を基準モードに切替える。この場合、測定のための機材は樹木診断を行う場合と同じ配置とし、測定対象物の樹木１００がない場合の放射電波２１を受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃで受信する。さらに受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃで検出され、ＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの出力として得られる放射電波の強度の計測値を基準信号記憶部５３に基準値として記憶する。同様に送信装置１をＡの位置、受信装置３をＣの位置にして得られる放射電波の強度の計測値、送信装置１をＤの位置、受信装置３をＣの位置にして得られる放射電波の強度の計測値をそれぞれ基準受信信号記憶部５３に基準値として記憶する。次に計測モード切替部５２を診断モードに切替える。この場合、測定のための機材は樹木診断を行う場合の配置とし、対象物の葉１０１を放射電波２１で照射し、照射後の透過電波２２を受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃで受信する。さらに受信信号検出部３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃで検出され、ＡＤ変換部３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃの出力として得られる放射電波の強度の計測値を受信信号記憶部５４に記憶する。同様に送信装置１をＡの位置、受信装置３をＣの位置にして得られる放射電波の強度の計測値、送信装置１をＤの位置、受信装置３をＣの位置にして得られる放射電波の強度の計測値をそれぞれ受信信号記憶部５４に記憶する。樹木１００の葉１０１の透過損失は放射電波の強度の計測値と透過電波の計測値から、（放射電波の強度の計測値−透過電波の強度の計測値）／（放射電波の強度の計測値）なる式により算出される。

受信装置３を３箇所に設置し、それぞれの場所で受信アンテナ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃにより受信される透過電波２２は、葉１０１のそれぞれ異なる９個所の部分を通過するため、それぞれの透過損失は異なる。これら９箇所の透過損失のばらつきは、葉の枚数より葉に含まれる水分量に大きく依存する。透過損失のばらつきは、水分量が多く樹木の健康状態が良好な場合は大きくなり、水分量が少なく樹木の健康状態が悪く枯れる寸前の樹木の場合は少なくなる。したがって、透過損失のばらつきの大きさを標準偏差値として定量的に把握することにより、樹木１００の葉１０１の水分量が推定でき、樹木の健康状態の診断が可能となる。

図１１は、第２の実施例の樹木診断装置の測定手順を示すフローチャートである。まず、計測モード切替部を基準モードに設定する（Ｓ１１）。この状態で樹木診断を行う場合と同一の機材配置で樹木診断装置を設置し、各受信アンテナで受信される透過電波の受信信号の強度を計測する（Ｓ１２）。計測した透過電波の受信信号の強度を基準値として基準受信信号記憶部に記憶する（Ｓ１３）。

次に、送信装置、受信装置をともに横方向に移動させて各受信アンテナで受信される透過電波の受信信号の強度を計測する。この計測を複数回繰り返す（Ｓ１４）。計測した透過電波の受信信号の強度を基準値として基準受信信号記憶部に記憶する（Ｓ１５）。

次に、計測モード切替部を診断モードに設定する（Ｓ１６）。この状態で、計測対象の樹木１００の葉１０１を送信装置と受信装置で挟む機材配置とし、各受信アンテナから受信される受信信号の強度を計測する（Ｓ１７）。計測した透過電波の受信信号の強度を受信信号記憶部に記憶する（Ｓ１８）。

次に、送信装置、受信装置をともに横方向に移動させて各受信アンテナで受信される透過電波の受信信号の強度を計測する。この計測を複数回繰り返す（Ｓ１９）。計測した透過電波の受信信号の強度を受信信号記憶部に記憶する（Ｓ２０）。

次に、各受信アンテナからの計測値と、各アンテナに対応した基準値から葉１０１による透過損失を算出する（Ｓ２１）。

次に、各受信アンテナから得られる透過損失から標準偏差値を算出する（Ｓ２２）。最後に、透過損失の標準偏差値から樹木の脱水率を産出し、樹木の健康状態の診断を行う（Ｓ２３）。

以上のように、機能構成図に示す機能を用い、フローチャートに示す測定手順を用いることにより、樹木診断が可能となる。

以下に、この発明に係わる樹木診断方法及び装置の第３の実施例における手順について図１２〜図１４を参照して説明する。

図１２は第３の実施例の樹木診断装置の概略斜視図である。樹木診断装置は、送信装置１と受信装置３と受信信号ケーブル４１と信号処理装置５とから構成される。送信装置１は、送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを装備し、支柱１５により地上に固定される。受信装置３は、受信アンテナ３１を装備し、支柱３５により地上に固定される。送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄから放射される放射電波２１は、樹木１００の葉１０１に照射される。樹木１００は葉１０１と幹１０２とから構成されるが、放射電波２１は主に葉１０１に照射される。葉１０１のそれぞれ異なる部分を透過した透過電波２２は受信アンテナ３１により受信される。受信された信号は受信信号ケーブル４１により信号処理装置５へ伝送される。また、送信装置１から信号処理装置５へ送信同期信号が同期信号ケーブル４４を介して送出される。

図１３は第１の実施例の樹木診断装置の機能構成図である。樹木診断装置は、送信装置１と受信装置３と受信信号ケーブル４１と信号処理装置５とから構成される。送信装置１は、送信信号発生部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄと送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと、送信同期信号発生部１３とから構成される。受信装置３は、受信アンテナ３１と、受信信号検出部３２と、ＡＤ変換部３３と、伝送信号駆動部３４とから構成される。信号処理装置５は、伝送信号検出部５１と、計測モード切替部５２と、基準受信信号記憶部５３と、受信信号記憶部５４と、透過損失算出部５５と、透過損失標準偏差値算出部５６と、脱水率算出部５７と、樹木診断部５８と、受信信号同期部６０とから構成される。受信信号同期部６０は送信装置１の送信同期信号発生部１３から同期信号ケーブル４４を介して送信同期信号を受け取る。

送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄから放射される放射電波２１は樹木１００の葉１０１に照射される。この場合、送信同期信号発生部１３からの送信同期信号により送信アンテナは１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの順に時系列で切替わり電波を放射する。葉１０１に照射された放射電波２１は、葉１０１を透過後、透過電波２２として受信アンテナ３１で受信される。受信アンテナ３１により受信された受信信号は受信信号検出部３２により検出され、さらにＡＤ変換部３３によりデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたデジタル受信信号は伝送信号駆動部３４により、受信信号ケーブル４１を介して信号処理装置５へ送出される。

受信信号ケーブル４１により送出されたデジタル受信信号は、信号処理装置５の伝送信号検出部５１で受信され計測モード切替部５２へ送出される。計測モード切替部５２へ送出されたデジタル受信信号は、計測モード切替部５２が基準モードの場合基準受信信号記憶部５３へ、診断モードの場合受信信号記憶部５４へ送出される。この際、受信信号同期部６０からの送信同期信号により基準受信信号記憶部５３、受信信号記憶部５４は、送信アンテナ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄからの放射電波に対応したデジタル受信信号を分離、記憶する。このため、基準受信信号記憶部５３、受信信号記憶部５４ではそれぞれ４個のデジタル受信信号が記憶される。透過損失算出部５５では、受信信号記憶部５４から送出された４個のデジタル受信信号とこれらに対応する基準受信信号記憶部５３の４個のデジタル受信信号を用いて、４個の透過損失が求められる。この４個の透過損失データから透過損失標準偏差値算出部５６で透過損失の標準偏差値が算出される。さらに、この透過損失の標準偏差値から脱水率算出部５７で樹木１００の葉１０１の脱水率が算出され、この値に基づいて樹木診断部５８で樹木１００の葉１０１の健康状態の診断が行われる。

送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄから放射された放射電波は、おもに樹木１００により反射され、吸収される。そのため、受信アンテナ３１に到達するそれぞれの透過電波２２の強度は、放射電波２１の強度に対して減少する。この減少量が透過損失である。この透過損失は主に樹木の水分による吸収損失で決まり、反射損失には殆んど依存しない。そのため、水分の吸収に起因する透過損失の測定から樹木１００の健康状態が診断可能となる。すなわち、樹木の健康が順調な場合、樹木１００の水分量はある一定量保持されるが、樹木の健康が何らかの理由で阻害され枯れたりすると減少する。従って、水分の抜け具合からその樹木の健康状態が診断可能となる。この水分量の変化は樹木１００の幹１０２より葉１０１が著しい。そのため、樹木１００の葉１０１の水分量を検知することによりさらに精度よく樹木の健康状態の診断ができる。

樹木１００の樹木診断に必要な樹木１００の葉１０１の透過損失は以下のように算出される。まず、計測モード切替部５２を基準モードに切替える。この場合、測定のための機材は樹木診断を行う場合と同じ配置とし、測定対象物の樹木１００がない場合のアンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄからの放射電波２１を受信アンテナ３１で受信する。さらに受信信号検出部３２で検出され、ＡＤ変換部３３の出力として得られ、かつ受信信号同期部６０で分離された放射電波の強度の計測値を基準信号記憶部５３に基準値として記憶する。次に計測モード切替部５２を診断モードに切替える。この場合、測定のための機材は樹木診断を行う場合の配置とし、対象物の葉１０１を放射電波２１で照射し、照射後の透過電波２２を受信アンテナ３１で検出する。さらに、受信信号検出部３２で検出され、ＡＤ変換部３３の出力として得られ、かつ受信信号同期部６０で分離された、透過電波の強度の計測値を受信信号記憶部５４に記憶する。樹木１００の葉１０１の透過損失は放射電波の強度の計測値と透過電波の強度の計測値から、（放射電波の強度の計測値−透過電波の強度の計測値）／（放射電波の強度の計測値）なる式により算出される。

送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄで放射され受信アンテナ３１で受信される透過電波２２は葉１０１のそれぞれ異なる部分を通過するため、それぞれの透過損失は異なる。これら４箇所を透過する透過電波の透過損失のばらつきは、葉の枚数より葉に含まれる水分量に大きく依存する。透過損失のばらつきは、水分量が多く樹木の健康状態が良好な場合は大きく、水分量が少なく樹木の健康状態が悪く枯れる寸前の樹木の場合は少ない。したがって、透過損失のばらつきの大きさを標準偏差値として定量的に把握することにより、樹木１００の葉１０１の水分量が定量的に推定でき、樹木の健康状態の診断が可能となる。

図１４は、第３の実施例の樹木診断装置の測定手順を示すフローチャートである。まず、計測モード切替部を基準モードに設定する（Ｓ３１）。この状態で樹木診断を行う場合と同一の機材配置で樹木診断装置を設置し、各送信アンテナからの放射電波が樹木を透過した後の、透過電波の受信信号の強度を計測する（Ｓ３２）。

次に、送信同期信号発生部からの同期信号により、各送信アンテナからの放射電波に対応した受信信号の分離を行う（Ｓ３３）。分離した透過電波の受信信号の強度を基準値として基準受信信号記憶部に記憶する（Ｓ３４）。

次に、計測モード切替部を診断モードに設定する（Ｓ−３５）。この状態で、計測対象の樹木１００の葉１０１を送信装置と受信装置で挟む機材配置とし、各送信アンテナからの放射電波が樹木を透過した後の、透過電波の受信信号の強度を計測する（Ｓ３６）。

次に、送信同期信号発生部からの同期信号により、各送信アンテナからの放射電波に対応した受信信号の分離を行う（Ｓ３７）。分離した透過電波の受信信号の強度を受信信号記憶部に記憶する（Ｓ３８）。

次に、受信信号記憶部に記憶された計測値と、基準信号記憶部に記憶された基準値から葉１０１による透過損失を算出する（Ｓ３９）。

次に、各受信アンテナから得られる透過損失から標準偏差値を算出する（Ｓ４０）。最後に、透過損失の標準偏差値から樹木の脱水率を算出し、樹木の健康状態の診断を行う（Ｓ４１）。

以上のように、機能構成図に示す機能を用い、フローチャートに示す測定手順を用いることにより、樹木診断が可能となる。

本発明は、上述した実施例の手順に限定されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることは言うまでない。

例えば、本実施形態では送信装置、受信装置とも固定とし、送信アンテナが１個の場合で受信アンテナが２×２の場合、送信アンテナが２×２の場合で受信アンテナが１個の場合について示したが、送信アンテナが１個で受信アンテナが１個の場合を除く、送信アンテナがＭ×Ｎ、受信アンテナがＬ×Ｋの場合についても適用可能なことは言うまでもない。

また、本実施形態では送信装置、受信装置とも横方向に移動可能で、送信アンテナが３×１で受信アンテナが３×１の場合についての例を示したが、送信装置、受信装置とも横方向に移動可能であり、かつ送信アンテナがＭ×Ｎ、受信アンテナがＬ×Ｋの場合についても適用可能なことは言うまでもない。

第１の実施例の樹木診断装置の概略斜視図である。 第１の実施例の樹木診断装置の機能構成図である。 ネズミモチ、トウネズミモチの葉の枚数と透過損失との関係を示す実験データである。 トウネズミモチの葉一枚当りの透過損失の日数依存性を示す図である。 トウネズミモチの葉一枚当りの脱水率についての日数依存性を示す実験データである。 透過損失の標準偏差値と脱水率との関係を示す図である。 第１の実施例の樹木診断装置の測定手順を示すフローチャートである。 第２の実施例の樹木診断装置の概略斜視図である。 第２の実施例の樹木診断装置の概略平面図である。 第２の実施例の樹木診断装置の機能構成図である。 第２の実施例の樹木診断装置の測定手順を示すフローチャートである。 第３の実施例の樹木診断装置の概略斜視図である。 第３の実施例の樹木診断装置の機能構成図である。 第３の実施例の樹木診断装置の測定手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１：送信装置
１１：送信信号発生部
１１Ａ：送信信号発生部
１１Ｂ：送信信号発生部
１１Ｃ：送信信号発生部
１１Ｄ：送信信号発生器
１２：送信アンテナ
１２Ａ：送信アンテナ
１２Ｂ：送信アンテナ
１２Ｃ：送信アンテナ
１２Ｄ：送信アンテナ
１３：送信同期信号発生部
１５：支柱
２１：放射電波信号
２２：透過電波信号
３：受信装置
３１：受信信号アンテナ
３１Ａ：受信アンテナ
３１Ｂ：受信アンテナ
３１Ｃ：受信アンテナ
３１Ｄ：受信アンテナ
３２：受信信号検出部
３２Ａ：受信信号検出部
３２Ｂ：受信信号検出部
３２Ｃ：受信信号検出部
３２Ｄ：受信信号検出部
３３：ＡＤ変換部
３３Ａ：ＡＤ変換部
３３Ｂ：ＡＤ変換部
３３Ｃ：ＡＤ変換部
３３Ｄ：ＡＤ変換部
３４：伝送信号駆動部
３５：支柱
４１：受信信号ケーブル
４２：駆動信号ケーブル
４３：駆動信号ケーブル
４４：同期信号ケーブル
５：信号処理部
５１：伝送信号検出部
５２：計測モード切替部
５３：基準受信信号記憶部
５４：受信信号記憶部
５５：透過損失算出部
５６：透過損失標準偏差値算出部
５７：脱水率算出部
５８：樹木診断部
５９：送信部／受信部移動制御部
６０：受信信号同期部
７：送信装置移動部
７１：駆動制御部
７２：駆動部
７３：移動溝
８：受信装置移動部
８１：駆動制御部
８２：駆動部
８３：移動溝
１００：樹木
１０１：葉
１０２：幹

Claims (13)

1. 樹木に電波を照射して樹木の健康状態を診断する樹木診断方法において、
   送信装置により放射した放射電波の強度を受信装置により計測する第１の計測工程と、
   前記送信装置により放射した前記放射電波が前記樹木を透過した透過電波の強度を前記受信装置により計測する第２の計測工程と、
   信号処理装置により前記第１の計測工程で計測された前記放射電波の強度の計測値と、前記第２の計測工程で計測された前記透過電波の強度の計測値とから強度比を算出する信号処理工程とにより樹木の健康状態を診断することを特徴とする樹木診断方法。
2. 前記第２の計測工程は、前記樹木の複数箇所の前記透過電波の強度を計測することを特徴とする請求項１に記載の樹木診断方法。
3. 前記第１の計測工程は、前記送信装置を移動させる第１の移動工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹木診断方法。
4. 前記第２の計測工程は、前記受信装置を移動させる第２の移動工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹木診断方法。
5. 前記信号処理工程は、前記第１の計測工程で計測された前記放射電波の強度の計測値を記憶する基準受信信号記憶工程と、前記第２の計測工程で計測された前記透過電波の強度の計測値を記憶する受信信号記憶工程と、前記基準受信信号記憶工程で記憶された前記放射電波の強度の計測値と前記受信信号記憶工程で記憶された前記透過電波の強度の計測値との強度比から透過損失を算出する透過損失算出工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の樹木診断方法。
6. 前記信号処理工程は、複数の前記強度比の標準偏差値を算出する標準偏差値算出工程と、前記標準偏差値から脱水率を算出する脱水率算出工程と、算出された脱水率から前記樹木の健康状態を診断する樹木診断工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の樹木診断方法。
7. 樹木に電波を照射して樹木の健康状態を診断する樹木診断装置において、
   前記樹木に放射電波を放射する送信装置と、
   前記放射電波が樹木を透過した後の透過電波を受信する受信装置と、
   前記放射電波と前記透過電波の強度比から樹木の健康状態を診断する信号処理装置とを具備することを特徴とする樹木診断装置。
8. 前記受信装置は複数の受信アンテナを備え、前記受信アンテナの各々が前記透過電波を受信することを特徴とする請求項７に記載の樹木診断装置。
9. 前記送信装置は複数の送信アンテナを備え、前記送信アンテナの各々が前記放射電波を放射することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の樹木診断装置。
10. 前記送信装置を移動可能とする第１の移動手段をさらに備えることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の樹木診断装置。
11. 前記受信装置を移動可能とする第２の移動手段をさらに備えることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の樹木診断装置。
12. 前記信号処理装置は、前記放射電波の強度の計測値を記憶する基準受信信号記憶部と、前記透過電波の強度の計測値を記憶する受信信号記憶部と、前記基準受信信号記憶部で記憶された前記放射電波の強度の計測値と前記受信信号記憶部で記憶された前記透過電波の強度の計測値との強度比から透過損失を算出する透過損失算出部とを備えることを特徴とする請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載の樹木診断装置。
13. 前記信号処理装置は、複数の前記強度比の標準偏差値を算出する標準偏差値算出部と、前記標準偏差値から脱水率を計算する脱水率算出部と、算出された脱水率から前記樹木の健康状態を診断する樹木診断部とを備えることを特徴とする請求項７乃至請求項１２のいずれかに記載の樹木診断装置。

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