Библиографическое описание:

Николаев А. И. Исследования лесных насаждений с применением беспилотных дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов (БДПЛА) // Молодой ученый. — 2014. — №13. — С. 113-115.

В соответствии с действующим лесным законодательством Российской Федерации современное лесоустройство является одновременно элементом государственной информационной системы и основой организации использования лесов [1,2,3].

При проведении лесоустроительных работ в качестве информационной основы для таксации лесных насаждений применяются аэрофотоснимки и космические снимки поверхности Земли, имеющие ряд отрицательных моментов применения.

В отношении аэрофотоснимков — это их высокая стоимость и длительный по времени процесс обработки исходных данных и подготовки конечных снимков для работы. Применение космических снимков ДЗЗ[1] экономически более обоснованно, но снимки имеют более мелкое разрешение по сравнению с аэрофотоснимками, и съемка более зависима от внешних метеорологических условий. Обработка полученных снимков при обоих указанных выше способах вносит определенную долю субъективности ошибок оператора.

Полученные фотопланы местности используются таксаторами как ориентиры при наземных работах, а также при определении категории земель, примерных площадей лесоучетных единиц, преобладающей древесной породы и иных таксационных показателей, устанавливаемых Лесоустроительной инструкцией [3].

В настоящее время наиболее актуальной является задача по повышению качества лесоустройства, а, именно, получения информационной основы лесоустройства наименее затратными способами, основным преимуществом которых должны являться возможность оперативной съемки местности при невысоких финансовых вложениях.

Для получения фотопланов местности по цене ниже, чем космоснимки и по качеству выше, чем аэрофотоснимки, предлагается использовать возможности БДПЛА[2] с полезной нагрузкой (далее по тексту ПН), позволяющей производить съемку местности под любым необходимым ракурсом и очень большим диапазоном разрешений, зависящим от ПН и высоты съемки.

Обработка данных, полученных с применением БДПЛА, обеспечивается специально разработанным для этих целей пакетом программного обеспечения, что позволяет перейти на новый уровень в научных натурных обследованиях и лесоустройстве, а также при обработке информации с целью построения моделей развития лесных экосистем.

Суть метода дистанционного зондирования и анализа территории с помощью БДПЛА заключается в применении авторской методики оптико-проекционных построений и моделирования на основе голографического принципа и вспомогательных вычислений.

На рис.1. представлено проекционное преобразование оптических показателей с фото-видеокамеры (далее точка обзора или ТО)[3].

Рис. 1. Схема оптико-проекционного анализа

Путем лазерного проецирования с ТО на наземную поверхность нивелируется положение ТО по вертикальному и горизонтальному направлению на объект с определенным размером L5. По углам расхождения от точки лазерного наведения высчитывается высота нахождения ТО относительно земной поверхности h2 с точностью ± 20 см в момент совершения съемки по значениям L4, L4’ и угловому промеру а3. Угловые и линейные параметры до взятого в качестве примера ствола дерева h1 рассчитываются по уже имеющимся высчитанным данным в зависимости от каждого конкретного случая. Так L2’ и L2’’ определяют значение L2 и одновременно служат основой расчета диаметра ствола дерева. Высота дерева h1 может определяться по видимой вершине как L1 и угла а4, либо по голографическому принципу через продолжение прямой расстояния до ствола L3 и угла a5. Угол a6 =const 90o.

По указанной схеме проецируется положение рядом стоящих деревьев с целью вычисления горизонтальных расстояний между ними и определения их пространственного размещения и таксационных характеристик (рис.2) с предложенным экологическим параметром — Площадь горизонтально-угловой просматриваемости. Данный параметр позволяет определять таксационные-ландшафтные характеристики лесных насаждений и прогнозировать устойчивость экосистем.

Рис.2. Схема спроецированного пространственного размещения деревьев и формируемая площадь горизонтально-угловой просматриваемости

Зная угол обзора ТО и коэффициент корректировки положения ТО возможно рассчитывать пространственные характеристики лесного насаждения без необходимости съемки конкретного участка на другой фокусный объект.

Разработанный алгоритм позволяет вести лесоучетную деятельность и проводить экологические исследования лесных насаждений с визуализацией и детализацией до отдельного дерева, отслеживать изменения лесных насаждений, происходящих в них процессов, уточнять на региональной основе таблицы ходов роста и др. справочной информации. Появляется возможность моделировать антропогенное и природное воздействие на лесные насаждения, что может оказать огромную помощь в планировании ведения лесного хозяйства РФ и обосновании принятия тех или иных управленческих решений, для сохранения экологических и ресурсных функций лесных экосистем.

Проверка точности полученных результатов проводилась путем ручного обмера насаждений на пробных площадях, разница в полученных результатах не превысила 5 % по совокупности основополагающих параметров, что в рамках допустимых законами погрешностей проведения лесоустроительных работ позволяет приравнять предложенный способ к ландшафтной наземной инструментальной таксации.

Основные положительные стороны применения БДПЛА в исследованиях лесных насаждений:

1.      Широкий диапазон разрешений съемки местности за счет различной ПН и варьирования высоты полета аппарата.

2.      Отпадает необходимость облета всей площади исследуемого участка, благодаря программному алгоритму, рассчитывающему все показатели под любым углом съемки.

3.      Визуализации лесных насаждений в масштабном 3D- проектировании.

4.      Определение ландшафтных показателей лесных насаждений.

5.      Прогнозирование экологических показателей лесных насаждений.

6.      Моделирование антропогенного воздействия на лесные насаждения, и природных явлений.

7.      Снижение стоимости работ и оптимизация трудозатрат.

8.      Возможность отслеживания изменения лесных насаждений в любой момент времени как с возвратом в прошлое, так и ходом в будущее на основании моделирования (преемственность в лесоустройстве).

9.      Возможность составления электронной отчетности и электронного документооборота с шифрованием данных и персональной ответственностью работника.

10.  Сокращение цикла обработки и документирования лесотаксационных данных и подготовки картографической базы данных по объекту таксации лесов.

Литература:

1.      Лесной кодекс Российской Федерации. — Федеральный закон от 04.12.2006. — № 200-ФЗ.

2.      Методические рекомендации по проведению государственной инвентаризации лесов. Утверждены приказом Рослесхоза от 10.11.2011. — № 472.

3.      Лесоустроительная инструкция. — Утверждена приказом Рослесхоза от 12.11.2011. — № 516.



[1] Дистанционное зондирование земли.

[2] Беспилотные дистанционно пилотируемые летательные аппараты.

[3] Угол обзора ТО (av) = 170o.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle