アーボソニック3Dとは何か　音で幹の断面を樹木診断する診断機器を、樹木医が一般の方向けに解説します

幹に穴を開けずに、中の腐朽の広がりを面で見たい。そんなときに使うのがアーボソニック3D(応力波トモグラフ)です。幹の周りに小さなセンサーを打ち、音が伝わる速さの差から断面の地図をつくる樹木診断機器について、樹木医が仕組み・読み方・限界・レジストグラフとの使い分けを解説します。

前回、針で幹の硬さを測るレジストグラフについて書きました。あの記事を読んだ方から、「針を入れずに中を見る方法はないのですか」と聞かれました。御神木や保存樹のように、できるだけ傷をつけたくない樹木は確かにあります。幹周が3mを超えるような大木では、針を4方向から入れても、断面のごく一部しか測れないという事情もあります。そういう樹木のために、私たちはアーボソニック3Dを使っています。

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アーボソニック3Dとは──音の「遅れ」で幹の中を描く機器

アーボソニック3D(ArborSonic 3D)は、ハンガリーのFakopp(ファコップ)社が開発した応力波トモグラフです。東京都建設局の「街路樹診断等マニュアル」では「多点式応力波速度測定器」という名前で載っています。応力波というのは、ハンマーで叩いたときに材の中を伝わる衝撃の波のことで、音と考えていただいて構いません。

仕組みはこうです。幹の周りに、直径5mm以下の鋼製の釘がついた小さなセンサーを、樹皮を貫通させて等間隔に打ちます。センサーの数は8個から最大32個まで増やせますが、当社の標準セットは10個で、幹が太いほど数を増やします。次に、センサーを1つずつ鋼製のハンマーで叩きます。1つのセンサーを叩くと、その音は幹の中を通って残りすべてのセンサーに届きます。装置はその到達時間を、100万分の1秒の単位で記録します。

健全で密度の高い材では音は速く伝わります。腐って柔らかくなった材や空洞があると、音はそこを通れずに迂回するので、向かい側のセンサーに届くのが遅れます。10個のセンサーなら、センサー間の組み合わせは45通り。すべての組み合わせの「速さ」と「遅れ」をソフトウェアが計算して、幹の断面のどこが速くどこが遅いかを色で塗り分けます。これが断層画像(トモグラム)です。一言でいえば、幹の断面を音で撮ったレントゲンのようなもの、と説明しています。

「3D」と名のつく理由は、この測定を地際、地上50cm、地上1mというように高さを変えて繰り返し、積み重ねて立体の模型にできるからです。腐朽が上下にどこまで伸びているかを見たいときに使います。

現場での流れ──設置から画像が出るまで

当社の診断は、まず外観診断から始まります。樹皮の傷、キノコ、開口空洞、打診の音、根元の張り出しの状態を見て、機器で中を確かめる必要があると判断した樹木にだけセンサーを打ちます。

アーボソニック3Dの手順は、東京都のマニュアルに沿っています。幹周を測って記録する。樹種を学名で選び、その樹種の標準的な音速をソフトに読み込む。センサーの配置を円形・楕円形・不定形から選ぶ。センサー同士の距離をキャリパーで実測して入力する。そして各センサーを3回ずつ叩き、往復の測定値を平均します。Fakopp社の仕様では、10個のセンサーで1断面を測る場合、組み立てから撤去まで45分程度です。画像はその場でパソコンやタブレットに表示されるので、依頼者の方に現場でお見せしながら説明することができます。

ここで大事な手順があります。出てきた断面図と、目の前の幹の外観を照らし合わせることです。マニュアルにも、著しい差異があれば形状や樹種データを見直すよう書かれています。根元が大きく張り出した樹木に円形の配置を当てはめると、画像は実態からずれます。不定形の幹はキャリパーで実際の形を測って入力する。この一手間が、画像の精度を決めます。

 

どんな所見があったら機器を当てるのか──外観診断が「ふるい」になる

アーボソニック3Dもレジストグラフも、すべての樹木に使う道具ではありません。東京都のマニュアルでは、まず幹周60cm以上の樹木を対象に外観診断を行い、その結果をA・B1・B2・Cの4段階に分けます。そのうえで、B2(腐朽が進んでいる可能性が高い)と判定された街路樹のほとんどは機器診断が必要、という立てつけになっています。外観診断が「ふるい」の役目をして、機器診断に回す樹木を絞り込むわけです。

私たちが現場で「中を見なければ」と判断する所見は、おおむね次のようなものです。根元や幹にベッコウタケ、コフキタケなどの子実体(キノコ)が出ている。木槌で叩いたときに鈍い音がする範囲が広い。樹皮が枯れた部分や開口した空洞が、幹周りの3分の1を超えて広がっている。根元がわずかに揺れる、あるいは根元の土が盛り上がっている。東京都が過去の倒木被害から優先診断の対象に挙げているエンジュ、シダレヤナギ、ケヤキ、サクラ、スズカケノキ、ユリノキの大径木である。こうした所見が一つでもあれば、外から見た印象がどれだけ元気そうでも、中を確かめる価値があります。

逆に言えば、外観に何の所見もない樹木にセンサーを打っても、得られるものは少ないのです。機器は外観診断の代わりではなく、外観診断で生まれた疑いに答えを出すための道具です。マニュアルが「精密診断」という旧名称を「機器診断」に改めた理由も、「外観診断をより精密に行う診断」という誤解を正すためだと書かれています。

安全管理の観点からも、老齢樹や巨木は「外観の見た目だけで判断できないリスク」を抱えています。
そのため、近年では 樹木内部の構造を科学的に可視化する診断 のニーズが高まっています。

弊社では、樹木医が最先端の診断機器を用いて、樹木内部の健全性を確認し、維持・保全計画に役立てています。

また、株式会社トシ・ランドスケープは「街路樹・都市樹木診断協会」に加盟しており、
協会の技術基準と最新の研究情報を取り入れながら、全国水準の診断品質を保持しています。

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画像はどう読むのか──色は「音の速さ」であって「腐朽そのもの」ではない

断層画像は、音速の速い部分を緑系、遅い部分を赤や紫、青系で塗り分けます。健全な材が多い樹木は全体が緑になり、中心に空洞のある樹木は真ん中が青や紫に抜けます。

ただ、ここで一つだけ覚えておいていただきたいことがあります。色が示しているのは「音がどれくらいの速さで伝わったか」であって、「そこが腐っている」という直接の証拠ではありません。音が遅くなる原因は、腐朽のほかにもあります。幹の割れ目(亀裂)は音の経路を延ばすので、実際より広い範囲が異常に見えます。逆に、繊維に沿った方向では音が速く伝わるため、異常があっても小さめに写ることがあります。東京都のマニュアルも、この過大評価と過小評価の両方に注意して、外観と照らして総合的に判断するよう求めています。また、機種によって色の意味が違います。当社が併用しているピカスでは、東京都のカルテ様式で茶系が正常、白が空洞と決められていて、アーボソニック3Dとは配色の考え方が異なります。画像を受け取ったら、まずカルテの凡例を見てください。

画像からは、断面に占める異常部の割合を腐朽空洞率として算出します。東京都の総合判定で50%という数字は、健全な材の厚さが半径の3割を切ると倒木の可能性が高くなる、という考え方を面積に換算したものです。

ソフトウェアには、樹種ごとの木材強度と風の荷重から「安全係数」を計算する機能もあります。Fakopp社は、安全係数が150%を超えていれば低リスクの目安としつつ、この数字だけで判断してはならない、とマニュアルに明記しています。幹が筒状で割れがある場合は安全側に外れることがある、とも書かれています。私たちも、安全係数は参考値の一つとして扱い、外観と立地を合わせて判断します。

 

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釘を打って樹木は大丈夫なのか──「非破壊」と呼ばれる理由と、そう呼ばない理由

メーカーはこの機器を「非破壊」と表現しています。東京都のマニュアルは「弱度の破壊を伴う」と書いています。どちらが正しいのか、と聞かれたら、私は後者に近い言い方をします。

センサーの釘は直径5mm以下で、樹皮を貫通して木部に0.5〜1.5cmほど入ります。10個打てば10か所、32個なら32か所に小さな傷ができ、その部分の形成層はわずかに傷つきます。レジストグラフが幹の奥深くまで穿孔するのに比べれば侵襲はずっと小さく、腐朽部を針で貫通することもありません。それでも「傷はゼロ」ではないので、当社では「非破壊(準)」と表現しています。

使い方としては、レジストグラフと同じ考え方です。外観診断で必要と判断した樹木にだけ使う。センサーは健全な材に打つ。腐朽した樹木を診たあとは、次の樹木に菌を持ち込まないようセンサーを消毒する。Fakopp社のマニュアルにも、感染の恐れがある場合はセンサーを滅菌するよう書かれています。

 

どんな樹木に向いているか、費用と診断後の流れ

アーボソニック3Dが向いているのは、次のような樹木です。御神木や保存樹、記念樹のように、できるだけ穴を開けたくない樹木。幹周が3mを超える大径木で、針では断面のごく一部しか測れない樹木。根元が大きく張り出していて、断面の形が円からほど遠い樹木。腐朽が上下にどこまで広がっているかを見たい樹木。そして、伐採か保存かで意見が分かれていて、画像で関係者に説明する必要がある樹木です。画像は一目でわかるので、管理組合の理事会や、行政のご担当者様の説明資料として、レジストグラフの波形よりも伝わりやすいという利点があります。

費用は、外観診断とあわせて1本あたり数万円からが目安で、測る断面の数、本数、高所作業の有無、カルテの作成範囲によって変わります。結果は、断層画像、測定位置、腐朽空洞率、総合判定を1枚にまとめた診断カルテとしてお渡しします。複数の高さを測った場合は、3D図と最大の腐朽空洞率を載せた多断面のカルテになります。

判定後の対応は、東京都のマニュアルを基準にしています。マニュアル自身が、機器診断の結果は総合判定の参考値であり、外観診断の結果と併せて考慮するよう定めています。

幹の中を「面」で見られるようになって、説明できることは確かに増えました。それでも画像は答えそのものではなく、樹木医が判断するための材料の一つです。外観と立地を重ねて、残せる樹木は残し、残せない樹木は根拠を示して更新する。そのために、この機器を使っています。

株式会社トシ・ランドスケープ
樹木医 中村雅俊

 

アーボソニック3Dについてよくある質問

Q1. アーボソニック3Dとは何ですか。
ハンガリーのFakopp社が開発した応力波(音響)トモグラフで、幹の周りに打った複数のセンサーの間で音の伝わる時間を測り、幹の断面内部の音速分布を画像にする樹木診断機器です。センサーは8個から最大32個、時間の測定精度は±2マイクロ秒です。東京都建設局の街路樹診断等マニュアルでは「多点式応力波速度測定器」として掲載されています。

Q2. どうして幹の中の腐朽がわかるのですか。
腐朽や空洞があると音がそこを通れずに迂回し、向かい側のセンサーに届くのが遅れるためです。1つのセンサーを叩くと残りすべてのセンサーで到達時間が記録され、すべてのセンサー間の組み合わせから断面の速い部分・遅い部分を計算して色で塗り分けます。各センサーは3回ずつ叩き、平均をとります。

Q3. センサーの釘を打って、樹木に悪い影響はありませんか。
釘は直径5mm以下で、樹皮を貫通して木部に0.5〜1.5cmほど入ります(東京都建設局マニュアル)。形成層がわずかに傷つくため、当社は「非破壊(準)」と表現しています。幹の奥まで穿孔するレジストグラフに比べると侵襲は小さく、必要と判断した樹木にだけ使い、センサーは樹木ごとに消毒します。

Q4. 診断にはどのくらい時間がかかりますか。
Fakopp社の仕様では、10個のセンサーで1断面を測る場合、組み立てから撤去まで約20分です。高さを変えて複数の断面を測る3D診断では、断面の数に応じて時間が延びます。画像はその場でパソコンやタブレットに表示できます。診断カルテの作成は現場作業とは別に行います。

Q5. 断層画像の色はどう読めばよいですか。
色は音速の分布を表しており、緑系は音が速く伝わる健全な材、赤や紫、青系は音が遅れる腐朽・空洞の可能性がある部分です。色は腐朽そのものの証拠ではなく、亀裂があると異常が大きめに、繊維方向の速度差で小さめに写ることがあります。機種によって色の意味が異なるため、カルテの凡例を確認してください。

Q6. どのくらい正確ですか。
激しく損傷した樹木を対象にした2017年の研究では、アーボソニック3Dによる損傷面積の判定精度が90%、位置を含めた総合精度が83%でした。進んだ腐朽の広がりを面で把握するのが得意です。

Q7. レジストグラフとはどう使い分けますか。
アーボソニック3Dは断面全体を「面」で見渡し、レジストグラフは針が通った「線」の上で健全な材の厚さを数字で示します。当社では、まずアーボソニック3Dで音の遅い場所を探し、その場所にレジストグラフの針を入れて腐朽かどうかと残存する健全材の厚さを確かめます。東京都のマニュアルでも機器診断の標準機はレジストグラフ(貫入抵抗測定器)です。

Q8. どんな樹木に向いていますか。
御神木や保存樹のように穴を開けたくない樹木、幹周が大きく針では断面の一部しか測れない大径木、根元が不整形な樹木、腐朽の上下方向の広がりを見たい樹木、関係者に画像で説明する必要がある樹木に向いています。雨天・霧・氷点下では測定できません。

 

出典・参考情報

・Fakopp社「ArborSonic 3D Acoustic Tomograph」製品ページ(仕様:センサー数8〜32、時間精度±2μs、測定時間20分/断面)(ページ)
・Fakopp社「ArborSonic 3D User’s Manual」(2025年版)(PDF)
・東京都建設局「令和3年度 街路樹診断等マニュアル」本編(PDF)・参考資料(多点式応力波速度測定器の項)(PDF)
・エフティーエス株式会社「【応力波速度測定器】ArborSonic 3D(アーボソニック3D)」(ページ)
・Ostrovský, R., Kobza, M. & Gažo, J. (2017) Extensively damaged trees tested with acoustic tomography considering tree stability in urban greenery. Trees 31: 1015–1023(要旨)
・Deflorio, G., Fink, S. & Schwarze, F.W.M.R. (2008) Detection of incipient decay in tree stems with sonic tomography after wounding and fungal inoculation. Wood Science and Technology 42: 117–132(要旨)
・Burcham, D.C., Brazee, N.J., Marra, R.E. & Kane, B. (2019) Can sonic tomography predict loss in load-bearing capacity for trees with internal defects? Trees 33: 681–695(要旨)
・Johnstone, D. et al. (2010) The Measurement of Wood Decay in Landscape Trees. Arboriculture & Urban Forestry 36(3): 121–127(ページ)
・Wang, X. & Allison, R.B. (2008) Decay Detection in Red Oak Trees Using a Combination of Visual Inspection, Acoustic Testing, and Resistance Microdrilling. Arboriculture & Urban Forestry 34(1): 1–4(PDF)

 

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