2015年5月27日

認識樹木身體語言的工具-評估樹勢的手持工具(樹高/樹徑)

最近在讀Claus Mattheck的一本書  《 ARBORICULTURE :A NEW MECHANICS OF CROWN AND ROOTS》看到一個好工具,於是也跟著製作了一個。

Claus Mattheck關於植物是研究生物力學、結構損害的專家,出了很多本關於植物結構的書,他有iPad上的App,可以購買他的電子書,我可是把他每一本英文版的都買了呢,這也是所費不貲呢。

他提出的這個工具是用來作樹木診斷的,可以評估樹高/樹徑比,看是否有傾倒危險。檢查枝條與樹幹夾角是否有夾皮風險,也可以作為樹枝修剪參考,還有地下部份的評估。

這是書裡其中一頁,此頁是從這份文件來的《Trees: Body language, Diagnosis, Biomechanics-
an open door to a wonderful world!



工具就長這樣,每個角度、長度都是經過特別計算的,左邊的大框框可以看樹高/樹徑比,還有檢查樹的外型。右邊的三角形框框用來看側枝是不是有夾皮風險。最底下像船型的框框則是看地下部份的,這個部份我還沒弄得很懂啊。



從樹高和樹徑的比怎麼看樹是否有傾倒的風險呢?我用這篇文章《FAILURE MODES FOR TREES AND RELATED CRITERIA》的圖來說明。

樹有長胖和長高的兩種現象,長胖是維管束形成層向內和向外長新細胞造成,這稱為肥大生長。長高則是莖頂分生組織進行細胞分裂所致,稱為伸長生長。正常的樹木(左圖A)生長時,整根樹幹都可以肥大,因為下端也有葉子,可以提供下端的莖足夠的養分。但有些樹木底部的枝條被修剪了(右圖B),看起來就像是獅子尾巴,這樣會造成底部的莖沒有足夠養分可以肥大生長。因此雖然兩棵樹都是一樣的高度,但是右邊那棵樹的樹幹直徑就會比較細,大風吹過時,就容易傾倒。





可是到底要多少的比例才有傾倒風險呢?Mattheck他們蒐集了許多地方的樹木資料,有長得好好的樹,也有倒掉的樹,一棵棵去看這些樹的樹高和樹徑,統計後得到底下這樣的長條圖。要特別說明的是,這些是獨立生長的樹木,不是那種很多棵樹靠在一起生長的資料,因為樹長在一起,就會產生不同的效果,可能是幫助,也可能是破壞。

H/D 就是樹高和樹徑(直徑)的比例,正常樹的H/D分佈範圍從小於10到70都有,而倒掉的樹的H/D大概從10-20就有。特別是要去看H/D大於等於50的樹木,那些倒掉的比例會增加很多。這樣的實際調查資料可以告訴我們,獨立生長的樹木,如果樹高和樹徑的比例超過50,就要特別小心了。不是說一定會倒,而是倒掉的風險會大幅提高。


我學習書裡介紹的幾何繪圖方式做成圖檔(這裡可以下載喔),然後去作壓克力的雷射切割,得到這樣的工具。我覺得用紅色半透明的材質來製作是不錯的選擇,可以透過材料看到是否正確的量測樹木。而且在旁邊沒挖洞的地方貼上藍色濾光片,還可以充當植物逆境眼鏡來使用,不過沒辦法有效遮光。





拿著工具拍攝樹木不太容易,所以我拍攝學校一些樹木之後,用Gimp進行疊圖觀看,這棵榕樹的H/D小於10。








這棵楓香的H/D約到30




這棵黑板樹讓我很意外,他的樹高大約是四層樓高,但是因為樹幹很粗,所以H/D只有15左右。



底下兩張都是另外的楓香,當初大概都是一起栽種的,彼此樹高和樹徑都不同,但是H/D都差不多。



2015年5月19日

製作植物逆境檢測眼鏡



在查NDVI(常態化差值植生指標)的時候,看到了一種特別的眼鏡-Turf Stress Detection Glasses,根據它的應用性來翻譯,應該就翻作草坪逆境檢測眼鏡吧,戴上它可以檢測草坪的健康狀態。



圖片來源:http://www.turf-tec.com/TSDG-Lit.html

被真菌感染的啦、缺水的啦或是常常被車子嚕過的,用這眼鏡可以看出不同顏色。

原理是什麼?
得從植物是什麼顏色的說起,眾所皆知,植物絕大多數是綠色的。而植物為什麼是綠色的,因為植物主要吸收的色光是紅光和藍光。(如果想知道更細部的可以去查葉綠素的吸收光譜)


這紅色、藍色、綠色說的是可見光的範圍,而在可見光之外的紅外線,葉綠素是不吸收的,它們會大量反射紅外光。而不同狀態的植物,葉綠素含量不太相同,反射的紅外線量就不一樣。因此,如果我們去檢測植物反射紅外線的狀況,就可以推測那些植物大概就有一些狀況。

不過這有個問題,人類沒有瓣法看到紅外線哪(紅外線之所以叫做紅外線,就是因為它的光譜範圍在可見光之外啊)。說是看不見,其實也不是那麼百分百,紅外光接近紅光的那個區段,我們還是有機會看到的,那個區段就是近紅外光。而平常看不到的是因為有太多可見光的干擾了,如果我們把那些會干擾的光線過濾掉,那麼就可以看見近紅外光的狀況了。

欸,講那麼多,其實就是弄一片擋可見光、通過近紅外光的濾鏡就好了嘛!幾年前作的紅外線濾鏡,也就是作這件事情啊。

不過這回不是給相機用,是打算給人戴的,所以用別的工具來改裝了。我在搜尋資料時,也看到了一些作法,如底下兩個。

像這個是作近紅外光的夜視鏡,其實也就是再加一些LED而已
http://www.wikihow.com/Build-Near-Infrared-Goggles

上面那個連結,基本上就是從這個去改的
http://www.amasci.com/amateur/irgoggl.html



現在講講怎麼作,去買個電焊工程用的護目鏡
植物逆境眼鏡


前端可以打開,裡頭有深綠色的濾色片
植物逆境眼鏡_02



先從內側把固定環取下,就可以把綠色濾色片取下,然後用黑色麥克筆把護目鏡的內外都塗黑,用來遮光。要很注意這點喔!如果黑色墨水沒乾,千萬不要戴上呦,不然就會像我一樣,眼睛四周一圈黑黑的,過了一陣子才發現,還好沒有被太多人看到。
植物逆境眼鏡_03


再拿紅色和藍色的濾色片裝進去就行了。下圖,我一邊眼鏡用了兩片紅色兩片藍色,但是事後使用,發現只要一紅一藍就可以。
植物逆境眼鏡_04



我使用的濾色片是人家作舞台燈的濾光片,濾色光譜如下
原色紅
原色藍


把兩片疊在一起,互相擋來擋去,就會發現700nm到800nm的光線是比較能通過的。
組合


我是不知道我眼睛可不可以看到800nm的近紅外光啦,不過我拿著這眼鏡去看校園植物就看到很多有趣的現象。


  • 單子葉和雙子葉的草本混長的時候,很容易用這眼鏡區分開來,單子葉看起來比較亮。
  • 木頭上的菌絲,很容易看見。白色子實體會有很強的反光,甚至看起來像螢光。
  • 除草過的地區和未除草的地區,肉眼看不明顯,但戴上眼鏡就看得很清楚了。
  • 可以看出樹長出的大量新葉,很容易跟其他同種樹相比較。

2015年5月18日

筆記本裡的顯微鏡和玻片標本

學生的筆記裡要放些什麼呢?過去我在這篇《以筆記本作為學生的歷程檔案》探討了一些,這兩天我又有新的想法了。

如果筆記本裡也放進顯微鏡和生物課程裡看到的生物顯微標本呢?就像這個樣子。



顯微鏡是用Foldscope這種單式顯微鏡,側邊打洞之後,貼上加強圈。

玻片標本並不是真的玻璃片,而是用塑膠片作成的,這是在科學maker社團裡,看到陳志勇老師的作法,其實用硬紙卡也是能作。



這些塑膠片事先剪裁成標準玻片76mmx26mm的大小,側邊也同樣打洞,孔距和孔數是適合放在多孔活頁夾裡的,中間的圓孔是用特殊的打孔機打的,孔徑比較大。放在裡面的標本是直接用透明膠帶黏的,像孢子囊就是直接拿膠帶去黏孢子囊,葉下表皮印模則是先用指甲油塗在葉下表皮,乾了以後,再用膠帶去黏。

這樣的收藏方式可以收的材料主要以植物為主,像是洋蔥表皮、葉子橫切或下表皮、花粉、孢子囊等,都可以收在筆記本裡頭,想看就隨時就拿出來用單式顯微鏡看囉。

2015年5月16日

製作摺紙顯微鏡Foldscope

去年三月的時候,看到一篇介紹史丹佛大學的人製作了摺紙顯微鏡foldscope的報導,當時在噗浪就寫了一些紀錄。大致上是看那個顯微鏡的文件資料所作的紀錄。

其實摺紙顯微鏡就是單式顯微鏡,使用的透鏡也是球形透鏡,只是foldscope設計了玻片標本的插入平台、鏡頭的位移機構,此外還有附加smd的LED光源,比起我之前用卡片打孔製作的單式顯微鏡,這個使用上要方便多,不過製作上就要費些功夫了。

雖然foldscope沒有CC出來(至少我沒看到),但是從他們的說明書或是影片都可以看出模板是怎麼設計的。我花了一些時間看了資料,本來想從他們的說明書上描圖來作模板,不過說明書的解析度沒那麼高,所以我就仿照他們的機構,自己拿了方格紙和描圖紙畫了一張又一張的設計圖,最後再用librecad來畫出來。



雖然是自己畫的,但是結構都是模仿人家的,所以這是個山寨版的foldscope,而且我還沒作到光源,那個要等下次買smd的LED回來再說。



前幾週買的切紙機發揮很大的用途,這樣的模型不用一分鐘就切好了。



製作出來的就長這樣子,鏡頭用的是先前單式顯微鏡用的2mm玻璃珠(啊這就單式顯微鏡,當然就用同樣的鏡頭啊)。



在foldscope的研究人員的論文裡,列出了一些不同半徑和折射率的玻璃珠,其產生的放大倍率有多少。他們也提到他們的foldscope可以藉由更換鏡頭而改變倍率,像是用個半徑100um的,放大倍率可以到2180倍,然後我就想起我其實有幾百um的玻璃珠耶。

數年前開始要作單式顯微鏡時,為了要取得玻璃珠,翻電話簿看到龜山還是八德那邊有工廠,品項是玻璃珠、玻璃砂的,興高采烈的開車去看,結果他們的尺寸都很小,都是不到1mm的。

由於那個時候我尋找的目標是2mm的大小,那些那麼小,我當然就沒用了,不過還是有拿一小包回來,後來找到2mm左右的玻璃珠反而是在學校附近的玻璃小工廠找到的。

其實我以為那種不到1mm的玻璃珠,根本沒辦法用,不過直到我這次作foldscope,才發現這種大小還真的可以拿來看,而且倍率非常高!不過過去的陽春作法,沒辦法調整鏡頭和玻片之間的距離,也沒有特別處理光源,所以過去我就算用了也看不到什麼。

這次因為有好好處理,果然就可以用這數百um的玻璃珠,去看紅血球的凹盤,也可以看到扭來扭去的精子,放大倍率至少1000倍的倍率。不過要裝置不到1mm玻璃珠,真是相當困難的一件事情哪。

下圖是把foldcsope架在手機上拍攝的紅血球,可見到紅血球的雙凹圓盤呢!


我製作的模板檔案如下,
dxf檔:如果有切紙機,那就直接下載去用就行
pdf檔:可以印到A4卡紙上,剪刀、美工刀切切也是可以的。

2015年5月13日

手機的光學設備轉接支架F

商品連結

這款其實不會用在顯微鏡上,不過因為介紹支架,所以就一起混進來了。最常的用途是用在連接望遠鏡上面,可以接手機,也可以接相機。



這是連接小單筒的樣子



相機放上去也是可以


這款設計上要作到相機和望遠鏡的光軸對正,需要一些時間調整,我覺得比較適合長時間使用,比如說我就固定在望遠鏡上,觀測時就是透過手機、相機來觀測。

而且轉接架上沒有腳架的螺絲孔,所以望遠鏡得是那種可以固定在腳架上面的那種款式。

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