Методика оценки последствий лесозаготовительных работ

Аннотация: в статье рассмотрена проблема возникшая в связи с принятием новой редакции лесного кодекса РФ, предписывающий проведение аэрофотосъемки при освидетельствование вырубок. Автором для решения проблемы предложена методика освидетельствования вырубок с БПЛА (дронов). Даны предложения по подбору моделей, модификаций дронов и программного обеспечения.

Ключевые слова: дрон, квадрокоптер, возможность применения, лесозаготовка, аэрофотосъемка.

В настоящий момент лесопользование проходит процесс изменений, связанный с формированием новых правил в законодательной базе РФ. Контроль результата лесозаготовительной деятельности также видоизменяется с развитием техники. [1].

Согласно статье 49 «Отчет об использование лесов» ЛК РФ граждане и юридические лица, осуществляющие заготовку обязаны прилагать к отчету об использование лесов материалы дистанционного зондирования (аэрофотосъемки, аэрокосмические фотосъемки) На данный момент существует проект приказа «О внесении изменений в приказ Минприроды России от 25.12.2014 № 573 «Об установлении порядка представления отчета об использовании лесов и его формы, требований к формату отчета об использовании лесов в электронной форме», который вступает в силу с 1 марта 2017 года. В пункте 4.2 указывается, что Материалы дистанционного зондирования земли (далее материалы ДЗЗ) прилагаются для определения местоположения и площади лесосеки. А в качестве основы наглядного изображения могут применяться оптические и радарные космические снимки, аэрофотоснимки, аэроснимки с беспилотных летательных аппаратов, с датой съемки, с пространственным разрешением не хуже 15 метров. На данный момент определение местоположение и площади новых вырубок с помощью космических снимков практически невозможна так как большинство сервисов, предоставляющих спутниковые снимки обновляют базу раз в несколько лет, а отчет об использование лесов лесозаготовители будут обязаны предоставлять каждый бесснежный месяц. Заказывать аэрофотосъемку специальными беспилотными летательными аппаратами, далее — «БПЛА» очень дорогое мероприятие, более того, на территории Карелии всего 2 фирмы предоставляют данные услуги. [2, 3]. Из вышесказанного можно сделать вывод, что единственный приемлемый вариант, с точки зрения энерго и материальных затрат — бюджетная топографическая съемка с помощью квадракоптера.

Данная работа направлена на оценку возможности использования бюджетных квадракоптеров для создания документов, требуемых для освидетельствования делянок по новым правилам, а так же соответствие полученных изображений требованиям.

Мной был изучен документ, предоставленный министерством природопользования России и были сделаны следующие выводы:

• 1) Все современные дроны могут снимать фото и видео в требуемом разрешении;
• 2) С помощью программ сторонних разработчиков, например DroneDeploy можно добиться фиксации координат точек (квартальные и поворотные столбы, отбитые не эксплуатационные зоны и биотопы) с допустимой погрешностью [4].

Для проведения подобных работ потребуется квадрокоптер (DJI Phantom 4, DJI Phantom 3) работающий с программами по типу DroneDeploy или Pix4D Capture, так как совершить съемку заданной площади с требуем перекрытием в ручном режиме практически невозможно [5, 6]. Приведённые выше программы позволяют на картографической подложке заранее отметить определенные участки, в границах которых будет осуществляться съемка, выбрать высоту полета, а также процент продольного и поперечного перекрытия снимков. 7, 8] Изучив информацию на геодезических форумах, я сделал вывод, что для достижения требуемого качества съемку придется производить с высоты 150 м и перекрытием 80%80%. Мной была выбрана программа DroneDeploy, так как они предоставляют мощности своих серверов для постобработки материала. После немногочисленных проверок, предложенных программным обеспечением запускается режим автоматической съемки и летательный аппарат выходит на указанную точку маршрута. Особенности работы в данном приложении описаны ниже.

лесной вырубка освидетельствование дрон Особенности подготовки дрона к полету Перед полетом нужно совершить несколько простых операций, а именно: прикрутить винты, включить квадрокоптер и пульт и приступить к калибровке компаса дрона.

Процесс калибровки компаса не вызывает никаких трудностей: для точной калибровки нужно повернуть аппарат относительно горизонтальной и вертикальной плоскостей — приложение на смартфоне или планшете, к которому подключен пульт от устройства подскажет, как именно это делать. Данную операцию советуют, для надежности, производить перед каждым вылетом, ведь она занимает всего 10−15 секунд. Иногда (примерно раз в неделю) Phantom предупреждает, что вам следует откалибровать основные датчики, в противном случае он не сможет подняться в воздух. Калибровка занимает около 5−10 минут: все операции дрон произведет сам. Единственное требование — вы должны поставить его на относительно ровную поверхность.

Особенности работы в приложении DroneDeploy.

Главная проблема данного приложения — для подгрузки подложки, в виде космического снимка, требуется мобильный интернет, а в условиях, где будет использоваться данное устройство его, как правило нет. На данный момент кеш-память данного приложения работает не совсем корректно, иногда заранее загруженные снимки пропадают или отображаются не точно. Однако я обнаружил довольно простой способ ориентировать съемку и без подложки. Созданию программы автопилотирования помогут следующие факторы:

• 1) Программное обеспечение ориентирует карту строго на север, так как отвод делянки уже был совершен, то определить магнитное склонение на территории съемки не составляет труда.
• 2) На карте отображается положение аппарата на карте по встроенному GPS-Глонас датчику.
• 3) Так как границы вырубки уже определены и мы знаем координаты всех поворотных столбов.
• 4) Приложение отображает площадь области заданной съемки — в лесных декларациях указывается площадь отведенной территории и сравнив эти 2 значения мы сможем подкорректировать траекторию и область полета.

Рис. 1. — Выбор зоны полета

После того, как мы определились с зоной съемки программа предлагает нам настроить высоту полета и процент перекрытия.

Рис. 2. — Основные настройки полета дрона

После того, как программа убедится, что дрон установил связь с достаточным числом спутников, программа проинформирует о готовности к полету. Как было написано выше, полет происходит в режиме автопилота, но пилот может в любой момент вернутся к ручному управлению. Эта функция обезопасит вас от возможной посадки, например при разряде батареи, на неровную поверхность или в болото.

Результаты пробных полетов Так как нормативы и правила требуют от нас высокоточной геодезической привязки снимков к квартальным сетям в постобработке я решил использовать: закрепленные на местности белые пластиковые пакеты помещенные на точки, координаты которых определены геодезическими методами (полигонометрией или спутниковыми). Данные ориентиры прекрасно видны на снимках с высоты 150 метров, при предварительной подготовке места съемки. Данным способом я решил проблему низкого качества бортового навигационного оборудования.

На сегодняшний день в интернете можно найти огромное количество программ, для обработки фотограмметрических данных, как платных, так и бесплатных версий. 9, 10] Во время проведения эксперимента на территории 30 Га, дрон снял около 3000 фотографий высокого разрешения и для обработки данного массива данных мне потребовалось воспользоваться автоматической программой, предоставленной на сайте DroneDeploy и последующей привязкой ортофотоплана с разрешением 6 см на 1 пиксель к точкам-ориентирам в программе Agisoft Photoscan.

Точность, достигаемая при съемке без опорных точек составляет примерно 10−15 метров, что недопустимо при построение планов в лесной отрасли. С использованием точек — ориентиров удалось добиться точностей до двух метров, как в плане, так и по высоте.

Все точности приведены по данным Agisoft Photoscan и были сравнены со значениями, полученными при отводе лесосеки.

• 1. Шегельман И. Р., Лукашевич В. М. Трансформация системы лесосырьевой и технологической подготовки в организации лесопользования Фундаментальные исследования. 2012. № 3−3 С.739−743.
• 2. Вайс А. А. Современные научные исследования в области лесной таксации и лесоустройства // Исследования в области естественных наук. 2015. № 3 URL: science.snauka.ru/2015/03/9708.
• 3. Эпов Михаил Иванович, Злыгостев Игорь Николаевич Применение беспилотных летательных аппаратов в аэрогеофизической разведке // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2012. №-3 С.22−27.
• 4. Будаи Б. Т., Красовский Н. А. К вопросу о повышении точности измерения координат // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Информатика. Телекоммуникации. Управление. 2008. Т. 6. No 69. С. 85−91.
• 5. Петров В. Ф., Барунин А. А., Терентьев А. И. Модель системы автоматического управления беспилотным летательным аппаратом // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. № 12−2 С.217−225.
• 6. Bouktir Y., Haddad M., Chettibi T. Trajectory planning for a quadrotor helicopter// 16th Mediterranean Conference on Control and Automation Congress Centre, Ajaccio, France, 2008, № 1. — pp.1258−1263
• 7. Белинская Ю. С., Четвериков В. Н. Управление четырехвинтовым вертолетом // Наука и образование. 2012. No 5. С. 157−171
• 8. Balci Murat, Foroosh Hassan. Subpixel estimation of shifts directly in the Fourier domain //IEEE Trans. Image Process, 2006. 15, — № 7. — pp. 1965;1972.
• 9. Добрынин Н. Ф., Пимшина Т. М. Взаимное ориентирование снимков с новым сочетанием угловых элементов в стереопаре //Инженерный вестник Дона, 2014, № 2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2347.

References.

• 1. Shegelman I.R., Lukashevich V.M. Fundamentalnie issledovaniya 2012. № 3−3, pp.739−743.
• 2. Weis A.A. Issledovaniya v oblasti estestvennih nauk. 2015. № 3.
• 3. Epov M.I., Zligostev I.N. Interexpo Geo-Sibir. 2012 №-3 pp.22−27.
• 4. Budai B.T., Krasovskiy N.A. Nauchno-technicheskie vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politisheskogo universiteta. 2008. T.6. № 69, pp.85−91.
• 5. Petrov V.F., Barunin A.A., Terentjev A.I. Izvestia TulGU. 2014. № 12−2 С.217−225.
• 6. Bouktir Y., Haddad M., Chettibi T. Trajectory planning for a quadrotor helicopter16th Mediterranean Conference on Control and Automation Congress Centre, Ajaccio, France, 2008, № 1. pp.1258−1263.
• 7. Belinskaya Y.S., Chetverikov V.N. Nauka i obrazovanie. 2012. No 5. С. 157−171.
• 8. Dobrynin N.F., Pimshina T.M. Inz? enernyj vestnik Dona (Rus), 2013, No 3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2013/1835.
• 9. Balci Murat, Foroosh Hassan. Subpixel estimation of shifts directly in the Fourier domain //IEEE Trans. Image Process, 2006. 15, № 7. pp. 1965;1972.
• 10. Dobrynin N.F., Pimshina T.M. Inz? enernyj vestnik Dona (Rus), 2014/