Для совершенствования лесного хозяйства необходима цифровизация многих процессов и на помощь приходят цифровые технологии планирования и ведения лесного хозяйства. В рамках проведенных исследований, был произведен поиск демонстрационных участков в Ленинградской и Новгородской областях, где было заложено 5 участков. На участках была проведена закладка пробных площадей. Участки были предоставлены 3 компаниями. В связи с конфиденциальностью проведенных работ названия компаний не публикуются.Целью настоящей работы было апробация технологии подеревной таксации на основе данных сьемки с беспилотных летательных аппаратов на территории арендных участков лесопромышленных компаний Ленинградской области.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- подобрать участки в Ленинградской и в Новгородской областях;
- провести сьемку демонстрационных участков с беспилотных летательных аппаратов;
- провести наземную таксацию пробных площадей на выбранных демонстрационных участках.
Для проведения анализа полученных данных был использован Интернет-сервис http://www.forestscanner.net/. Этот сервис представляет собой платформу для эффективного взаимодействия участников процесса заготовки древесины.
Использование специально разработанных дронов совместно с высокоточными GNSS приёмниками и интернет-сервиса позволяет провести цифровизацию заготовки древесины и управление лесными ресурсами. Это дает возможность арендаторам лесного участка создать эффект присутствия за счет получения точной и актуальной цифровой копии лесного участка, что особенно актуально в условиях современной России.
Не секрет, что возраст материалов лесоустройства превышает более 30 лет по ряду регионов России, кроме того, существующая лесоустроительная инструкция содержит в себе требования, которые приводят к значительному снижению точности определения ключевых таксационных характеристик. Как следствие использование таксационных характеристик, определенных с низкой точностью, приводит к снижению эффективности принятия решений при управлении лесными ресурсами. В действующих инструкциях в России требования к точности относительно низкие по сравнению с теми требованиями точности, которые предъявляются в большинстве развитых стран, например, существующая инструкция содержит достаточно серьёзные отклонения по запасу насаждений и по его структуре. Сложение допустимых погрешностей позволяет допускать ошибки в таксационных характеристиках до 50%.
Не секрет и то, что зачастую древесина так же воруется в процессе рубки и заготовки. Сервис http://www.forestscanner.net/ позволяет использовать беспилотные летательные аппараты для секьюритизации лесообеспечения. Она достигается за счет того, что все деревья до рубки точно измеряются, то есть дрон вылетает на участок, делает съемку, затем в веб сервисе http://www.forestscanner.net/ производится анализ этих данных и результаты этого анализа передаются лицами принимающим решения в компании, которая занимается заготовкой древесины. Все деревья измерены точно и до рубки у каждого дерева известна высота, его точные географические координаты, диаметр, порода. Зная все эти исходные параметры, можно очень точно по сортиментной программе предприятия рассчитать сколько в результате рубки должно получится баланса пиловочника по каждой породе. Этот расчёт позволяет определить не только объем древесины, полученный по каждой сортиментной группе, но и точно знать сколько штук стволов пиловочника, какого диаметра должно быть получено после рубки древесины на делянке.
В результате для пользователя этой системы предоставляется единое информационное поле для планирования работ. Отводчик делянки для компании, ведущей заготовку древесины, может наметить предварительно делянку, выбрать участок, выехать на место с дроном, провести съемку по специально прописанному алгоритму проведения съемки, затем передать данные на сервис http://www.forestscanner.net/ и все полученные результаты становятся доступны для всех вовлеченных сторон. Имея логин и пароль к специальному веб приложению и мобильному приложению, можно увидеть, состояние всех деревьев на делянке до рубки, ортофотопланы, определенные деревья, посчитанные по каждому дереву высоты, диаметры, сортиментную структуру и итоги по стоимости древесины на участке. Кроме того, в этом информационном поле может работать не только отводчик делянки, но и руководители компании, принимающие решения по управлению этими лесными ресурсами. Использование сервиса позволяет:
- откорректировать границы делянки до рубки;
- задокументировать состояние делянки до рубки;
- включить целый ряд заинтересованных сторон.
Среди заинтересованных сторон могут быть отводчики, менеджеры среднего звена, принимающие решения, сотрудники компании, планирующие работы и следящие за тем какие ассортименты в ближайшее время поступят на переработку. Это могут быть свои собственные сотрудники, либо подрядчики, вовлеченные в заготовку древесины, то есть операторы харвестера или форвардера. Они могут посмотреть эту делянку до рубки, спланировать свои работы, откорректировать границы лесосеки и всё это сделать в веб интерфейсе. Все ключевые сотрудники могут пользоваться этим интерфейсом, так как информация для всех предоставляется через веб с обычного компьютера. Ее можно смотреть на планшете, или телефоне, а используя специальное мобильное приложение, можно загрузить эти все данные в телефон, выйти в лес и там посмотреть и проверить качество определения таксационных характеристик и принять определенные решения.
Таким образом, сервис http://www.forestscanner.net/ дает инструменты взаимодействия для постановки, обсуждения задач внутри компании. Эти инструменты можно использовать для трансляции во время совещания, например, когда обсуждаются планы по заготовке древесины, выполнение этих планов, сравнение плана с фактом для поиска лучших решений. В результате планирования делянки можно отследить сколько по факту получилось и определить те факторы, которые влияют на эффективность заготовки. Всё это позволяет сократить затраты на древесину за счет оптимизации планов. Снимок — это документ, снимки хранятся на сервере, в случае возможных расхождений, можно всегда увидеть состоянии делянки до рубки.
На практике это выглядит так: клиент определяет границы потенциального участка для заготовки древесины. В нашем случае компании, в которых мы проводили это исследование, предоставили нам границы этих участков. Затем мы спланировали в цифровом виде границы этих участков. Наши подрядчики выехали на эти участки вместе с дронами и, получив все необходимые разрешения и согласования, провели аэрофотосъемку этих участков и передали их на сервер http://www.forestscanner.net/ для обработки. В результате обработки были получены трехмерные модели участка и результаты таксации. На основе анализа полученных данных, где съемка велась с 4х углов беспилотным летательным аппаратом, с использованием специального оборудование и соответственно по полученной 3D модели были определены таксационные характеристики каждого дерева, затем эта информация была предоставлена компаниям. Полученные таким образом данные позволяют:
- оценить все деревья на участке;
- произвести оценку объемов и качества древесины до рубки;
- сократить время на сбор данных;
- значительно повысить точность данных.
Каждое дерево промерено дроном, без участия человека, автоматически. По традиционной технологии при отводе делянок закладываются лишь несколько пробных площадей. Если компания отводчик, заинтересована показать гораздо больший объем, всегда может заложить эти пробные площади на том участке, где деревья крупнее и толще, и наоборот, если не заинтересована показать большие объемы, она может заложить участки, где деревья меньше и тоньше, то есть, здесь существует человеческий фактор.
Использование дрона фактически исключает человеческий фактор из процесса измерения и оценки деревьев. Это сокращает время на сбор данных, например, на одну делянку уходит порядка 20 минут, и данные доступны сразу по всей делянке. Все деревья делянки измерены. Это не традиционная пробная площадь, основанная на выборочном методе. Здесь дрон фактически делает сплошной перечет, эти данные можно получить не только по одной делянки, но и по группе делянок, по лесному кварталу, по группе лесных кварталов. В результате мы можем оперативно принять решения на основе актуальной фактической информации о наличии и состоянии лесных ресурсов, что особенно важно в той ситуации, когда материалы лесоустройства устарели, либо не отражают реального состояние. Это позволяет устранить все спорные ситуации в едином информационном поле, так как все участники взаимодействия включены в этот процесс и имеют доступ к нему. В результате создается эффективная коммуникация между участниками процесса. Например, в случае если компания арендатор отдает работы по заготовке древесины, либо работы по выполнению лесохозяйственных работ на субподряд, можно устранить недопонимания между заказчиком и подрядчиком и проконтролировать соответственно состояние лесного участка до выполнения работ, а выполнив вторую съемку, получить состояние участка после выполненных работ. Это так же позволяет проверить выполненные работы, сравнить количество и объем древесины по сортиментам и группам сортиментов, которые были до заготовки древесины и полученные по факту Харвестером. Для выполнения работ по аэрофотосъёмке использовался комплект для подеревной таксации делянок.
Комплект состоит из беспилотного летательного аппарата Mavic 2 Pro, который был специально доработан. В этот дрон был поставлен дополнительный высокоточный ГНСС приемник и антенна, проведена фотограмметрическая калибровка камеры. Установленное дополнительное оборудование на дрон позволяет определить в момент полёта с высокой точностью координаты не только по Х, Y, но и координату Z. Использование этих высокоточных координат позволяет точно определить высоту каждого отдельного дерева и высоту любой точки в 3D модели с высокой точностью. Так высота дерева определяется с точность до 4х см. Для достижения высокоточных измерений использовалась базовая станция. В радиусе 10 км от делянки на открытом месте была установлена базовая станция, для определения координат которой используется сеть Геоспайдер (http://geospider.ru/). Определив координаты этой базовой станции через Интернет, вычисляем точные координаты дрона в процессе полета. В базовой станции записывались все данные в журнал наблюдений, в файл наблюдений, во время полета дрона. Соответственно, объединив все эти данные вместе, мы можем вычислить высокоточные координаты для каждого центра фотографирования дроном.
Съемка велась с четырёх углов с перекрытием 80%, что позволяет увидеть в ортофотоплане и в 3D модели абсолютно каждое дерево. Даже если одно дерево, например, затеняет другое, это можно увидеть. Углы рассчитываются по специальному алгоритму, которые проверены в ряде исследований.
Второй ГНСС приемник использовался для определения координат столбов отвода делянок. То есть, для каждой делянки координаты столба на границе делянки были определены вторым ГНСС приемником с высокой точностью. В лесу было показано, что точность определения координат составляет порядка 10 см. Использование этого второго приемника позволяет осуществлять отводы с высокой точностью без промеров рулеткой, без определения румбов и длин. Это новая информационная технология, которая имеет большую перспективу для внедрения в лесное хозяйство.
В результате проведенных работ по всем 5 участкам были получены материалы отвода участков в рубку и под выполнение лесохозяйственных мероприятий, материалы сьемки беспилотными летательными аппаратами, материалы наземной таксации, материалы обработки данных с беспилотных летательных аппаратов.
Материалы отвода делянки, полученные от компании, ортофотоплан участка полученный в результате его сьемки беспилотным летательным аппаратом с нанесенными на него границами делянки.
Материалы отвода представляют собой выкопировку из лесостроительного планшета с нанесением границ делянки на карту, с указанием точек направлений и длин линий. А справа ортофотоплан, который был получен в результате обработки данных дроном на этот участок. Площадь участка составила 12 га и этот участок был снят за один полет, на съемку было потрачено порядка 20 минут.
В результате проведенных работ каждое дерево было идентифицировано.
Результаты подеревной таксации насаждений. Точность определения высоты каждого дерева составила порядка 4 см цифрами показана высота цветом порода дерева. Каждое дерево компьютеров автоматически определено и измерена его высота, диаметр, определена порода.
Наличие данных подеревной таксации в цифровом виде позволяет виртуально разрубить деревья по сортиментной программе. Деревья еще стоят, но на компьютере можно их виртуально нарезать так, как их нарежет харвестер при заготовке древесины и соответственно провести материально-денежную оценку. Если взять сортиментную программу и цены сортиментной программы, то можно определить с высокой точностью сколько можно заработать на этом участке. Использование этих данных позволяет определить число отрезов сортиментов и их объемов до рубки, провести секьюритизацию лесообеспечения, оптимизацию делянки для сокращения затрат для выхода более дорогих сортиментов. Это также позволяет планировать и контроль выполнение выборочных рубок. Кроме того, эта технология позволяет ввести документирование состояния участка до рубки, планировать волока, планировать дороги и определять, например, объем земляных работ.
Использование дронов и цифровых технологий имеет целый ряд преимуществ.
- Точно обрабатывать все данные компьютером без участия человека на основе алгоритмов искусственного интеллекта.
- Эти данные могут быть получены быстро и доступны уже в течение 5 часов с момента отправки материалов на сервер.
- Это масштабируемо, любой участок может быть обследован, хоть его площадь будет от 0,1 га до 10 млн. га, вопрос только в скорости обработки.
- Данные доступны и предоставляются в корпоративную ГИС в виде мобильного приложения для пользования и доступны на сервере.
Фактически все это позволяет создать цифровую копию леса для принятия более выгодных решений. Работа может быть выполнена сотрудниками компании, используя сервис http://www.forestscanner.net/ . Компания может самостоятельно купить дрон и летать, отправляя данные для обработки на http://www.forestscanner.net/. Однако эти результаты могут быть получены под ключ, сотрудниками http://www.forestscanner.net/, которые готовы выполнить все эти работы.
В результате проведенных работ были определены 5 демонстрационных участков в Ленинградской и Новгородской областях. Во всех этих участках были заложены пробные площади, все участки были отсняты беспилотными летательными аппаратами, были обработаны, на всех участках была проведена наземная таксация и было проведено сравнение. Сравнительный анализ показал высокую точность получаемых результатов.
Если вы заинтересованы получить дополнительную информацию, напишите нам.
