Применение мультироторных летательных аппаратов в оценке лесосырьевой базы

Рассмотрены вопросы использования беспилотных летательных аппаратов при оценке лесосырьевой базы лесозаготовительных предприятий.

Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты; коптер; дистанционное зондирование лесов; лесосырьевая база; дешифрование, видеосьемки.

Для оценки применимости роторных мультироторных летательных аппаратов были поставлены следующие задачи исследований.

1.                Обосновать участок лесосырьевой базы и провести экспериментальные исследования на данном участке, пород деревьев по геометрическим параметрам.
2.                Обосновать использование мультироторных летательных аппаратов для видеосъёмки лесосырьевой базы и провести видеосъёмку исследуемого участка лесосырьевой базы

На сегодняшний день новейшим направлением в оценке лесосырьевой базы является использование беспилотной авиации. Беспилотные технологии существуют довольно давно. Сначала они представляли собой сложные дорогостоящие комплексы, имеющие только военное применение. Но в течение последнего десятилетия миниатюризация вычислительных систем и развитие спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС) позволили создавать беспилотные летательные аппараты (БПЛА), у которых габариты, масса, а главное, стоимость значительно меньше прежних. По доступности беспилотные технологии приблизились к уровню бытовых технологий. Прогресс в развитии гражданских беспилотных систем имеет высочайший темп, сформировалась новая индустрия услуг. Достаточно новым типом БПЛА являются мультироторные летательные аппараты (коптеры) [1].

Мультироторные летательные аппараты — квадрокоптеры, гексакоптеры, октокоптеры и трикоптеры — отдельный вид летательных аппаратов, относящихся к классу летающих платформ. Устройства этого класса чаще всего используются для переноса фото, видео и другого оборудования, которое эффективно использовать на высоте.

Преимуществом данных летательных аппаратов является отсутствие механических частей в роторах, что сильно снижает уровень вибрации, а также наличие платы управления, основной функцией которой является стабилизация платформы в горизонтальном положении. Подключение к плате управления дополнительных датчиков и устройств позволяет также фиксировать положение аппарата по высоте, а наличие комплекта GPS дает возможность привязать аппарат к любой точке в пространстве, направить полет по проложенному ранее маршруту или дать команду на автоматический возврат к точкевзлета.

Коптеры состоят из рамы, платы управления, регуляторов бесколлекторных моторов, бесколлекторных моторов. Тип квадрокоптера зависит от количества моторов: 4 мотора — квадрокоптер (рис. 1); 6 моторов — гексакоптер; 8 моторов — октокоптер; 3 мотора — трикоптер. Также бывают и редкие виды двухмоторный бикоптер или одномоторный — монокоптер.

Задачей исследований являлось выявить возможности применения мультироторных летательных аппаратов и определить наиболее эффективный способ сбора таксационных данных лесосырьевой базы с минимальными временными и материальными затратами.

Было выявлено, что использование коптеров в лесозаготовительном производстве позволяет получать данные о лесном участке дистанционно в реальном времени. Благодаря высокому качеству аэрофотоснимков можно определять классы бонитета, породный состав, запас насаждений и их полноту, среднюю высоту древостоя и таксационные характеристики отдельных единиц. [2,3]

Благодаря современному цифровому оборудованию появилась возможность производить как перспективную, так и плановую съемку объектов одним аппаратом, дистанционно регулируя угол наклона камеры.

Перспективная видеосьемка производится аппаратом, оптическая ось которого отклонена от нормали на значительный угол, обычно 30–60 %.

Преимущества этого вида съемки в том, что получаемое изображение местности более естественно и легче для восприятия. Кроме того, одним снимком охватывается большая площадь по сравнению со снимком плановым.

Плановая видеосьемка производится так, чтобы оптическая ось аппарата занимала отвесное положение при съемке. Величина отклонения оптической оси от нормали не более 30, обычно не более 1,50 [4]. На рисунках № 2, № 3, № 4 представлены фрагменты видеосьемки. для оценки лесосырьевой базы. Предварительные исследования показали возможность определения сомкнутости, породного состава, полноту насаждений при плановой сьемки. (рис. 2). Наличие подроста, подлеска, высоту и диаметр деревьев хорошо определяется на рисунке 4 (Фронтальная видеосьемка)

Рис. 2. Плановая маловысотная видеосьемка лесосырьевой базы

Рис. 3. Перспективная маловысотная видеосьемка лесосырьевой базы

Проективное покрытие, границы смыкания породного состава, тип насаждения и формы насаждений отчетливо наблюдаются на фрагменте видеосьемки (рис. 3).

Рис. 4. Фронтальная с видеосьемка лесосырьевой базы

Фронтальная видео насаждений сьёмка позволяет оценить высоту, диаметр, тип насаждений и форму (рис. 4).

При наземных экспериментальных исследованиях геометрических размеров деревьев трех пород (осина, береза, сосна) с помощью математической обработки в программе ECSELL с высокой точностью установлена полиноминальная зависимость между высотой и диаметром исследуемых пород. Между высотой и диаметром деревьев для осины.получена полиноминальная экспериментальная зависимость У=-0,0097x2 + 0,6404x + 7,782, при коэффициенте R2 = 0,79 (коэффициент аппроксимации). Для березы, при R2 = 0,93, полином экспериментального уравнения зависимости составил у =0,0224x2 + 1,5213x — 5,6631. Для сосны при R2 =0,9321, у =0,0303x2 + 1,6349x — 4,5708. Полученные математические зависимости позволят составить математическую модель распределения лесосырьевой базы и сравнить с распределением геометрических размеров пород деревьев полученных в результате видеосьемки.

Заключение

Системы дистанционного зондирования играют важнейшую роль в геологии, так как они помогают вести мониторинг в развитии Земли, а так же решать важнейшие геологические, экологические поставленные задачи. Материалы дистанционного зондирования облегчают построение лесоэксплуатационных карт, являются частью большой системы сбора, переработки, регистрации и использования данных. Важнейшей характеристикой дистанционных методов является быстрота получения видеосьемок лесосырьевой базы, высокая степень обзорности, охват одним снимком больших площадей поверхности. В настоящее время дистанционные методы, в виде применения видеосьемок с помощью коптеров позволяют получить визуальный анализ и интерпретации снимков, которые позволяют эффективно оценивать лесосырьевую базу для лесопромышленных предприятий [5].

Литература:

1.                Вводная информация о коптерах (мультироторных платформах) [электронный ресурс] — режим доступа: http://forum.brothers-blog.com/index.php?topic=13.msg112#msg112
2.                Аэрофотосьемка в лесном хозяйстве [электронный ресурс] — режим доступа:http://съемкасвоздуха.рф/onas/index.php?Option=com_content&view=article&id=78&Itemid=162
3.                Дешифрование таксационных показателей насаждений [электронный ресурс] — режим доступа: http://industrial-wood.ru/aerofotosemka
4.                Сергеев П. Н. Лесная таксация: Учебное пособие. М.: Изд-во Гослесбумиздат, Москва, 1953 — стр. 248–251.
5.                А. А. Воробьева. Дистанционное зондирование. Методическое пособие — Санкт-Петербург: ИТМО, 2012. — 23с.