Lézerrel találhatják meg a városi fák leggyengébb pontjait

Egy városi fa metszése elsőre egyszerű kertészeti feladatnak tűnhet, valójában azonban komoly következményei lehetnek. Ha rossz helyen távolítanak el egy nagyobb ágat, megváltozhat a korona súlyeloszlása, és olyan pontokra kerülhet nagyobb terhelés, amelyek később erős szélben könnyebben megsérülhetnek.

Brazil kutatók ezért egy olyan módszeren dolgoznak, amely lézerszkennelés és számítógépes modellezés segítségével már a metszés előtt megmutathatja, hol találhatók egy fa szerkezetének leginkább terhelt pontjai. A cél nem a szakemberek kiváltása, hanem egy olyan döntéstámogató eszköz létrehozása, amellyel biztonságosabban lehetne gondozni a városi fákat.

Több tízmillió pontból építették fel a fát

A São Pauló-i Egyetem biológusokból és mérnökökből álló kutatócsoportja egy kifejlett Tipuana tipu fán tesztelte az eljárást.

A kutatók LiDAR-technológiát használtak. A rendszer lézerimpulzusok segítségével rendkívül részletesen képes feltérképezni egy tárgy háromdimenziós alakját. A fát több irányból szkennelték be, majd a felvételekből nagyjából 30 millió pontból álló úgynevezett pontfelhőt készítettek.

Ebből létrehozták a fa digitális modelljét, amelyből eltávolították a leveleket, így elsősorban a törzs és az ágak szerkezetét tudták vizsgálni.

Virtuális széllel tesztelték a szerkezetet

A digitális másolat egyik nagy előnye, hogy olyan kísérleteket is el lehet rajta végezni, amelyek egy valódi fán kockázatosak vagy nehezen kivitelezhetők lennének.

A kutatók különböző irányokból szimuláltak szélterhelést, majd kiszámították, hogyan oszlik el a feszültség a fa szerkezetében.

Így meghatározhatóvá vált az a terület, ahol a fa a legnagyobb terhelést kapta. Ez különösen fontos lehet városi környezetben, ahol egy letörő ág vagy kidőlő fa embereket, autókat, épületeket és elektromos vezetékeket is veszélyeztethet.

A rossz metszés új gyenge pontot hozott létre

A kísérlet egyik legérdekesebb eredménye akkor született, amikor a kutatók szimulált metszést végeztek a digitális fán.

Amikor az ágakat különösebb szerkezeti megfontolás nélkül távolították el, megváltozott a terhelés eloszlása. A modellben egy második gyenge pont jelent meg, amely az eredeti fa esetében még nem létezett.

Ez jól mutatja, hogy egy látszólag ártalmatlan metszés akár ronthat is a fa stabilitásán.

A kutatók ezután úgynevezett topológiai optimalizálást alkalmaztak. Ez egy mérnöki módszer, amelyet többek között épületek és repülőgép-alkatrészek tervezésénél is használnak annak meghatározására, hogy egy szerkezet mely részei nélkülözhetők úgy, hogy közben annak teherbírása megmaradjon.

Az algoritmus megmutathatja, mely ágakat érdemes eltávolítani

Az algoritmus a fa terhelési térképe alapján olyan részeket keresett, amelyek kevésbé fontosak a szerkezeti stabilitás szempontjából.

A számítógép által javasolt metszés után a korábban létrejött második gyenge pont eltűnt, az elsődleges terhelési pont pedig közelebb került az eredeti állapotához.

A teljes szimuláció végére a fa eredeti fatérfogatának mintegy 22 százalékát távolították el. Az optimalizáció egyes lépéseiben ugyanakkor legfeljebb 20 százalékos anyageltávolítással számoltak.

A kutatás arra utal, hogy a metszés a jövőben nem kizárólag tapasztalaton és vizuális megfigyelésen alapulhat: a szakemberek részletes mechanikai modellek segítségével is megvizsgálhatják, milyen hatással lesz egy-egy beavatkozás a fára.