Ağaç içyapısının rezistivite yöntemi ile görüntülenmesive incelenmesi
Investigate and imaging the internal structure of trees by using the electrical resistivity method
Yazar: YİĞİT YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. TURGAY İŞSEVEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Elektrik rezistivite yöntemi günümüzde yer araştırmalarında, yerin özdirencinin ve tabaka kalınlıklarının belirlenmesinde sıkça kullanılan bir yöntemdir. Günümüzde disiplinler arası çalışmaların yaygınlaşmasıyla birlikte jeofizik yöntemlerin birçok farklı alanda yaratıcı çözümler olarak kullanıldığını görmekteyiz. Ağaçların içyapılarının jeofizik yöntemleri kullanılarak görüntülenmesi de bu tür çalışmalardan biridir. Literatüre bakıldığında özellikle son 20 yılda ağaçların içyapılarının görüntülenmesi üzerine birçok çalışma olduğu ve bu çalışmaların genel amacı ağaca zarar vermeden ağacın içindeki değişimleri gözlemleyebilmektir. Çalışmalarda olumlu sonuçlar elde edilmesine rağmen, ağaç içindeki değişimlerin farklı sebepleri olduğundan bu konu hala gelişim aşamasındadır. Bu çalışma kapsamında, bir jeofizik yöntemi olan elektrik rezistivite yöntemi kullanılarak ağaçların içyapısının incelenmesi amaçlanmıştır.
Yerin özdirenci, mineral ve sıvı içeriği, gözeneklilik ve kayaçtaki su doygunluğu derecesi gibi çeşitli jeolojik parametrelerle ilişkilidir. Ağaçlarda ise bu süreç ağaçların içindeki nem oranı, kimyasal ve biyolojik yapıları sayesinde oluşan iletkenlik ile sağlanmaktadır. Elektrik rezistivite yöntemi bu iletkenlikten yaralanarak, ağaç içindeki nem oranı değişimlerini ölçebilmektedir. Nem oranı değişimlerinin birçok farklı sebebi olsa da bulunan anomalilerden olası sonuçlar yorumlanarak ağacın içyapısı hakkında bilgi edinmek mümkündür.
Çalışma kapsamında, İstanbul'da üç ayrı sahada, İstanbul Teknik Üniversitesi - Maslak Kampüsü, Boğaziçi Üniversitesi - Kandilli Rasathanesi ve İstanbul Üniversitesi - Bahçeköy Kampüsü, farklı ağaçlardan ölçümler alınmış bu ölçümler hazırlanan Matlab tabanlı yazılımda değerlendirilmiştir. Çalışmada İstanbul Teknik Üniversitesine ait olan METZ marka "SAS-24SD Rezistivite" aleti ile ölçümler alınmıştır. . Ölçümlerde elektrotlar ağacın etrafına halka şeklinde yerleştirilmiş, kullanılacak elektrot sayısı ağacın çevresine göre belirlenmiştir. Eğer ağacın şekli çember veya çembere çok yakın ise elektrot aralıkları sabit alınmış, ağacın şekli düzensiz ise elektrotlar arasındaki uzaklıklar ağaç kumpası ile ölçülmüştür. Her ölçümde ağaç ölçümleri için daha uygun olan dipol-dipol elektrot dizilimi kullanılmıştır.
Ölçümler alındıktan sonra veriler kendimizce hazırlanan Matlab® tabanlı yazılımda değerlendirilmiştir. Yazılımda ağacın şeklinin oluşturulması için iki çemberin kesişimi yöntemi kullanılmıştır. Ağacın şekli bulunduktan sonra derinlik seviyeleri ve ölçülen verilerin temsili noktaları bulunan ağacın şekline göre hesaplattırılmıştır.  Ölçülen veriler noktalara yerleştirildikten sonra yine MATLAB üzerinde farklı bir dosyada yazılan gridleme fonksiyonuyla gridlenmiş ve gridlenen verilerden kontur haritaları elde edilmiştir.

Son olarak ağaçlar türlerine, ölçüm yüksekliklerine, deformasyona uğrayıp uğramadıklarına göre yorumlanmıştır. Eğer ağacın kesidi varsa görünür özdirenç haritaları kesitlerle karşılaştırılmıştır.
Bu yorumlara göre çıkan sonuçlarda sağlıklı ağaçlarda genelde görünür özdirenç içten dışa doğru azalmakta iken sağlıksız ağaçlarda görünür özdirenç değerleri genel olarak düzensiz ve kaotiktir. Farklı tür sağlıklı ağaçlarda genel değişim aynı olsa da farklı tip anomaliler gözlenmiştir Aynı cins ağaçlarda ise farklı görünür özdirenç değerleri bulunsa da ağaçlar içinde oluşan anomaliler ve değişimler benzer şekildedir. Sağlıksız ağaçlarda görünen anomaliler ıslak, çürüyen veya kuru oyuklara neden olan enfeksiyonlarla ilgili olabilir. Ağaç kesitleri ve görünür özdirenç kontur haritaları karşılaştırıldığında deforme olmuş bölgelerde tutarlılıklar görülmüştür.

Abstract:
Electrical resistivity method is a frequently used method in land surveying where the method is applied to determine the resistivity and layer thickness of the ground. As the interdisciplinary studies are proliferating, geophysical methods are implemented in different fields to overcome numerous obstacles. One of the examples of these cases is the use of geophysical methods for imaging of the internal structure of trees in forest engineering. The imaging of the internal structure of trees has been studied widely in the literature for the last 20 years. The general aim of the studies is to develop a non-destructive imaging method to observe changes in trees without leaving any destructive harm to trees. Although the studies provide positive outcomes, the field is still open for developments. This study is aimed to investigate the internal structure of trees by using the geophysical method of electrical resistivity method. 
The resistivity of the surface is related to various geological parameters, such as mineral and liquid content, porosity and the degree of water saturation in the rock. Moreover, trees are conductive due to their moisture content, chemical and biological structures. The electrical resistivity method can be applied to measure the moisture content changes in the tree by using this conductivity. Even though, there are many different reasons for moisture content changes, it is possible to obtain information about the internal structure of the tree by interpreting the possible results from the anomalies found.
Throughout the study, measurements were taken from different trees and they were evaluated in the Matlab-based software developed for the study. The measurements were taken with the METZ brand's "SAS-24SD Resistivity" measurement tool, which is belonging to Istanbul Technical University. Since the measurement tool is designed for taking measurements on the surface of the ground, some modifications were required prior to using the measurement tool. First of all a new cable, which is specific to take measurements from the trees and compatible with the measurement tool used in the study, was designed with supporting maximum of 24 electrodes. Secondly, stainless nails with different sizes, which are used according to the tree bark thickness of the trees, were used instead of electrodes. During the measurements, the electrodes were placed into the ring around the tree and the number of electrodes to be used was determined according to the circumference of the tree. Unlike measurements taken on the surface of the ground, a constant electrode spacing for all the measurements could not be applied in this study due to the variations of the circular shapes of trees. When the shape of the tree trunk was notably close to the circle or it was circle, the electrode intervals were fixed. Whereas the distances between the electrodes were measured by the tree caliper for the trees having irregular shape of tree trunk. 
Another difference of the measurements taken from the trees is its closed loop measurement profile. Since the first and the last electrodes are adjacent in these applications, more data is obtained when it is compared to the measurements taken on the surface of the ground. Since the measurement tool was not able to perform this operation, a second measurement was required for each tree measured. During the second measurements, the first electrode was placed to the location of the exact opposite electrode and the measurement was taken towards opposite direction. With this application, the consistency of the data in both directions was examined, and the required data were placed in the remaining areas of the first measurement. The dipole-dipole electrode array, which is more suitable for tree measurements, is used for each measurement in the study. The center of the tree, which is the maximum reachable depth, can be reached at the middle level of the investigation levels (n). 
The points at each investigation level, which represent the measured data in the electrical resistivity method taken as a form of a circle, are formed to fit the shape of the tree. The points created were determined as the center point of a line drawn from the center of two current and two potential electrodes. By applying this method, it was ensured that the measuring points are shifted according to the shape of the tree when the shape of the tree is irregular.
After the measurements were taken, the data were evaluated in MATLAB® based software developed for the study by the author. The first function of the software is to calculate the shape of the tree. The method of intersection of two circles was used to form the shape. The values required in this method are the distance of the two manually determined base electrodes to the other electrodes and to each other. These distances were measured during the measurement phase of the study. If these two base electrodes are considered as centers of two different intersecting circles, and the distances from these centers to each other and intersect points, i.e. distances from a third electrode point, are known, the coordinates of these three points can be found on a relative coordinate system. Additionally, the distances to the third point are also the radiuses of the circles. Then, the shape of the tree can be formed by applying this process for all electrode points. If the shape of the tree trunk is in the form of a circle, the distances are obtained from a polygon formed by the number of electrodes used in the tree. By considering all the given information, the depth levels and the representative points of the measured data were calculated according to the electrode coordinates found and the shape of the tree was formed. Finally, the data and figures were grated with a grid function written in a different file on Matlab and the contour maps were obtained from the gridded data. The calculated contour maps were placed inside the previously measured tree shapes for a better understanding of the areas measured within the tree.
Within the scope of the study, different types of trees, which were measured in three different sites in Istanbul, Istanbul Technical University - Maslak Campus, Boğaziçi University - Kandilli Observatory and Istanbul University - Bahçeköy Campus were evaluated over the apparent resistivity contour maps. Trees have been interpreted according to their species, measurement heights, and deformation. If the trunk section is removed, the apparent resistivity maps were compared with the trunk sections.
According to these interpretations, the apparent resistivity in healthy trees generally decreases from the inside to the outside while the apparent resistivity values in unhealthy trees are generally irregular and chaotic. Even though, the general variation in different species of healthy trees was the same, different type anomalies were observed. The same kind of trees, on the other hand, have different apparent resistivity values, even though the anomalies and changes in the trees are similar. The anomalies that occur in unhealthy trees may be related to infections that cause wet, rotting or dry cavities. When tree sections and apparent resistivity contour maps were compared, a consistency was observed in deformed regions.