CC BY
21Электронный архив УГЛТУ
16 Леса России и хозяйство в них № 4 (63), 2017 г.
УДК 630*587
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КВАДРОКОПТЕРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ
А.Е. ОСИПЕНКО - аспирант кафедры лесоводства, e-mail: osipenko_alexey@mail.ru*
Я. КОУКАЛ - студент кафедры таксации леса, лесоустройства и геоинформатики, e-mail: xkoukal7@mendelu.cz**
И.А. ПАНИН - аспирант кафедры лесоводства, e-mail: igorpaninl993@yandex.ru*
Л.А. ИВАНЧИНА - аспирант кафедры лесоводства, e-mail: ivanchina.ludmila@yandex.ru*
C.B. ЗАЛЕСОВ - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, проректор по научной работе e-mail: Zalesov@usfeu.ru* * ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», 620100, Россия, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, тел.: 8 (343) 261-52-88;
** «Университет Менделя в Брно», 613 00, Чехия, Брно, Сельхозтехника, 1, тел.: +420 545 131 111.
Ключевые слова: квадрокоптер, съемка, трехмерная модель, лесное насаждение, пробная площадь, таксация.
Исследования проведены на территории Паркового лесничества учебно-опытного лесхоза Уральского государственного лесотехнического университета. Сбор полевых материалов осуществлялся при помощи квадрокоптера DJI Mavic Pro и метода пробных площадей. Полевые работы произведены в декабре 2017 г. В ходе исследований было заложено 4 пробные площади в естественных насаждениях, произрастающих в типах леса сосняк брусничный и сосняк ягодный, а также получено 314 фотографий исследуемых сосняков с высоты 80 м. В статье приведены методика и описание опыта применения квадрокоптера для создания трехмерной модели лесных насаждений в условиях минусовых температур; таксационная характеристика рассматриваемых сосновых древостоев; рекомендации для проведения подобных исследований в лесных условиях. Управление квадрокоптером осуществлялось при помощи пульта и программы SkyDrones, установленной на смартфон. Опытным путем установлено, что в горных условиях следует начинать съемку в верхнем положении относительно рельефа. Эксплуатация квадрокоптера при минусовых температурах возможна, но следует учитывать, что, используя квадрокоптер с нарушением правил его эксплуатации, вы берете всю ответственность на себя и производитель в случае поломок имеет право отказать в гарантийном ремонте. Кроме того, минусовые температуры уменьшают емкость аккумулятора, что сокращает время полета квадрокоптера. Следует также учитывать, что правовые нормы, регулирующие использование беспилотных летательных аппаратов, в России разработаны недостаточно и следует с осторожностью применять их рядом с аэропортами, военными объектами, линиями электропередач и частными территориями.
Электронный архив УГЛТУ
№ 4 (63), 2017 г. ЛесаРоссииихозяйствовних 17
THE EXPERIENCE OF QUADRUPTER USING FOR THREE DIMENTIONAL MODEL
OF FOREST GROWING STOCUS
A.E. OSIPENKO - postgraduate student of forestry chair,
e-mail: osipenko_alexey@mail.ru*
J. KOUKAL - student of department of valuation of the wood, forest management and geoinformatics e-mail: xkoukal7@mendelu.cz**
I.A. PANIN - postgraduate student of forestry chair, e-mail: igorpaninl993@yandex.ru*
L.A. IVANCHINA - postgraduate student of forestry chair, e-mail: ivanchina.ludmila@yandex.ru*
S.V. ZALESOV - doctor of agricultural sciences, professor, vicerector on scientific work e-mail: Zalesov@usfeu.ru* * Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Ural State Forest Engineering University», 620100, Russia, Yekaterinburg, Sibirsky tract, 37;
Phone: +7 (343) 261-52-88 ** «Mendel university in Brno», 613 00, CzechRepublic, Brno, Agricultural machinery, 1, tel.: +420 545 131 111.
Key -words: quadrupled, shoot up, three dimentional model,forestplantation, sampleplot, taxation.
The investigations have been carried out ou the para forestry territory of the Ural state forest engineering university training forestry. Collection of field materials has been accomplished by using DJI mavic pro quadrupter and the method of trial plats. Field works has been carried out dering December 2017. As a result of these researches 4 trail plots have been in natural plantations growing in pine cow berry and pine berry forest types and 314 photos of investigated pine stands have been received from the height of 80 meters. The paper offers the methods and description of the quadrupled using for three dementional model of forest plantations creation in condition a belon zero temperatures: as well as taxation characteristics of investi gated pine stands; recommendations for similar investigations carrying out in forest conditions. The quadreept was operated by control and the sky Drone programme mounted on a smartphone. At has been established experimental that in mountations conditions it as recommended to start shooting in upper position relative to the relief quadrupter exploitation under below zero temperatures is possible but it should betaken into account that when using if freaking the exploitation rules you take responsibility for yourself and in a case of any damage the manufactures mau refuse warranty repair. Besidee the minus temperatures reduce accumulator capacity that in turn reduces the time of quadrupter flight. At should also be taken into account that legal norms that regulate unmanned aerial velicle using in Russia have been developed unsufficiently, they should be used carefully in the neghbous hood of airports military objects, power transmission lines and private territories.
Введение
Беспилотные летательные аппараты (БЛА), в том числе и ква-дрокоптеры, могут применяться при решении множества задач лесного хозяйства: лесное картографирование, получение акту-
альной и достоверной информации о состоянии лесных земель и лесных насаждений, определение таксационных показателей древостоев, среднесрочное и оперативное планирование лесозаготовок, развитие лесной ин-
фраструктуры, проектирование противопожарных и лесозащитных мероприятий, воспроизводство лесных ресурсов, мероприятия по выявлению лесов высокой природоохранной ценности, мероприятия по сохранению
18 Леса России и хозяйство в них № 4 (63), 2017
биоразнообразия, оптимизация технологических схем разработки лесосек и т.д. Однако массового их применения на практике не наблюдается. Это объясняется несколькими причинами: дороговизна БЛА; недостаток кадров, способных управлять БЛА; недостаточная разработанность системы нормативно-правовых актов, регулирующих применение БЛА [1, 2]. Вероятно, в скором времени вышеперечисленные трудности будут устранены, а использование БЛА в лесном хозяйстве станет обычным явлением [3].
Цель работы: опытным путем изучить особенности применения квадрокоптера для создания трехмерной модели лесных насаждений.
Условия и методы исследования
Объектом моделирования были выбраны лесные насаждения, расположенные в 19, 20 и 21 выделах 32 квартала Паркового лесничества Уральского учебно-опытного лесхоза Уральского государственного лесотехнического университета, общей площадью 10 га. В натуре участок был обозначен десятью опорными точками, у которых были зафиксированы координаты при помощи GPS-навигатора (рис. 1).
Съемка производилась при помощи квадрокоптера DJI Mavic Pro. Его технические характеристики приведены в табл. 1.
Перед началом исследований описанный выше квадрокоптер был зарегистрирован, так как в соответствии с Федеральным
законом «О внесении изменений в Воздушный кодекс Российской Федерации в части использования беспилотных воздушных судов» от 30.12.2015 г. № 462-ФЗ [4] регистрация беспилотных систем обязательна.
Управление осуществлялось при помощи пульта управления
и программы ЗкуБгопев, установленной на смартфон. Полетное задание было составлено программой автоматически (рис. 2). Необходимо было лишь указать точку старта, контурные точки участка съемки и высоту полета квадрокоптера.
Рис. 1. GPS-навигатор и опорная точка Fig. 1. GPS-navigatorandreferencepoint
Таблица 1 Table 1
Характеристика квадрокоптера DJI Mavic Pro и камеры Feature ofMavic Pro DJI quadcopter and camera
Параметр Характеристика
Полетная масса, г Mass in flight, gr 743
Максимальная скорость полета, м/с The highest possible speed, m/s 18
Максимальное время полета, мин The highest possible time, min 27
Максимальная высота полета, м The highest possible height of flight 5000
Емкость аккумулятора, мАч Accumulator capacit 3830
Рабочая температура, °C Working temperature, °C 0 ... +40
Эффективное количество пикселей, M Picksels effective number, m 12,35
Максимальный размер изображения, пикселей The highest possible image size, picnsels 4000x3000
Диапазон ISO (фото) ISO (photo) range 1000-1600
Угол обзора камеры, град Camera corner observation, degrees 78,8
Рис. 2. Полетное задание квадрокоптера Fig. 2. Flight assignment
Обработка данных и создание трехмерной модели лесного насаждения производилась в ПО АОКОРТ РИо1;о8сап. По фотоснимкам, координатам центров фотографирования и опорным точкам программа автома-
тически создает высокоточную геопривязанную трехмерную модель местности. Визуализацию трехмерной модели планируется произвести в программе АгсОК.
В качестве контроля были заложены 4 пробные площади
в типах леса сосняк брусничный и сосняк ягодный. Их таксационная характеристика приведена в табл. 2. Пробные площади закладывались в соответствии с широко известными методиками [5, 6].
Таблица 2 Table 2
Таксационная характеристика исследуемых насаждений Taxonomic characteristics of the studied stands
-a § Средние Average Полнота Completeness relative Запас, м3/га Volume m3/ha
№ ПП № study plot Состав древостоя The composition ofthe высота, м height, m диаметр, см diameter, cm абсолютная, м2/га absolute, m2/ha относительная relative растущих деревьев alive trees сухостоя dead wood общий Total Класс бонитета Bondability
1 9С1Б 25,5 28,2 48,7 1,3 550 6 556 II
2 10С+Б 22,2 26,4 42,9 1,2 445 27 472 III
3 7СЗБ 30,0 29,2 47,7 1,3 609 5 614 I
4 5С4Б1Л 21,9 24,4 35,7 1,0 448 10 458 III
Электронный архив УГЛТУ
20 Леса России и хозяйство в них № 4 (63), 2017 г.
Результаты исследований и их обсуждение
В ходе работы был получен ценный опыт съемки местности в условиях минусовых температур. Заявленная производителем квадрокоптера DJI Mavic Pro, как и у большинства других копте-ров, минимальная температура эксплуатации составляет 0°С. Последнее связано с тем, что при низких температурах нарушаются химические процессы, в результате чего аккумулятор теряет ёмкость и уменьшается время полета; при низких температурах пропеллеры квадрокоптера становятся хрупкими, вследствие чего возможна их поломка; из-за перепада температур возможно образование конденсата на электронных платах устройства, что также может привести к его выходу из строя.
В нашем опыте съемки производились при следующих температурах: -22, -19 и -9°С. Повторные съемки понадобились из-за возникших технических проблем. В первом случае ква-дрокоптер был запущен из точки у основания склона, так как здесь было хорошее место для его запуска. Однако, пролетев половину пути, в связи с повышением рельефа квадрокоптер встретил на своем пути преграду в виде дерева и прервал полетное задание. Его пришлось вернуть на точку взлета. Повторный запуск в этот же день осуществить не удалось, так как заряд аккумулятора был низким. На следующий день квадрокоптер был запущен в точке на возвышенности и его полет прошел успешно, однако по неу-
становленным причинам количество фотографий, сделанных коп-тером, оказалось недостаточным (70 шт.). Было сделано предположение о том, что произошел сбой программы, задающей полетное задание квадрокоптеру. После замены программы Р1х4БсарШге на аналогичную ей ЗкуБгопев удалось получить необходимое количество снимков местности.
В результате съемки было получено 314 фотоснимков, сделанных в вертикальном направлении. Большое количество фотографий необходимо для того, чтобы обеспечить как минимум 65 %-ное перекрытие фотографий, необходимое для качественной фотограмметрии. Пример снимка приведен на рис. 3.
Помимо низкой температуры, в процессе съемки были отмечены и другие сложности: производить съемку можно не в любую
погоду, так как для запуска квадрокоптера необходима погода без осадков, высокой влажности и желательно без ветра; нежелательно использовать квадрокоптер вблизи от линий электропередач, так как электромагнитные волны могут повлиять на работу гироскопа устройства; существует опасность столкновения квадрокоптера с птицей или даже нападения птицы на квадрокоптер; не всегда можно найти подходящее место для взлета квадрокоптера.
Выводы и рекомендации
1. В настоящее время возможно создание трехмерной модели лесного насаждения площадью 10 га на основании снимков с квадрокоптера, при этом съемка местности займет около 20 мин.
2. Эксплуатация квадрокоптера при минусовых температурах возможна, но следует учитывать,
Рис. 3. Лесное насаждение в19 выделе 32 квартала Паркового лесничества
УУОЛ УГЛТУ (фотография сделана с высоты 80 м) Fig. 3. Forest planting in 19 recovered 32 quarters ofPark forest WOOL USFEU (photo taken from a height of 80 m)
Электронный архив УГЛТУ
№ 4 (63), 2017 г. Леса России и хозяйство в них 21
что, используя квадрокоптер с нарушением правил его эксплуатации, вы берете всю ответственность на себя и производитель в случае поломок имеет право отказать в гарантийном ремонте.
3. Минусовая температура и ветер сокращают время полета квадрокоптера.
4. Перед тем как начать съемку, следует тщательно выбрать место старта квадрокоптера: поверхность площадью 4 м2 (а в ветреную погоду - 25 м2) должна быть ровной и без растительности.
5. В горных условиях начинать съемку следует в верхнем положении относительно рельефа.
6. Не рекомендуется отключать функцию автоматического возврата квадрокоптера к месту взлета при низком заряде аккумулятора, так как это может привести к потере квадрокоптера.
7. Перед началом эксплуатации БЛА необходимо застраховать и зарегистрировать. Чтобы внести в реестр свой летательный аппарат, надо будет подать соответствующее заявление
в произвольной форме, указав характеристики беспилотника и информацию о владельце.
8. Чтобы полет БЛА был правомерным, следует получить разрешение на использование воздушного пространства и подать план полета в зональный центр Единой системы организации воздушного движения за три дня до вылета. Накануне полета необходимо подтвердить, что аппарат поднимется в воздух, а после окончания полета по телефону сообщить о том, что работа закончена.
Библиографический список
1. Бусаров П.А., Метелев Д.В., Шевелина И.В. Квадрокоптер и его использование в лесном хозяйстве // Лесная наука в реализации концепции уральской инженерной школы: социально-экономические и экологические проблемы лесного сектора экономики: матер. XI Междунар. науч.-техн. конф. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2017. С. 181-182.
2. Лященко Ю.В. Правовой аспект использования беспилотных аппаратов в России // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. № 12. С. 612-614.
3. Денисов С.А., Домрачев А.А., Елсуков А.С. Опыт применения квадрокоптера для мониторинга возобновления леса // Вестник ПГТУ. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2016. №4 (32). С. 34-46.
4. Федеральный закон «О внесении изменений в Воздушный кодекс Российской Федерации в части использования беспилотных воздушных судов» от 30.12.2015 г. № 462-ФЗ.
5. Основы фитомониторинга: учеб. пособие /Н.П. Бунькова, С.В. Залесов, Е.А. Зотеева, А.Г. Магасумо-ва. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2011. 89 с.
6. Данчева А.В., Залесов С.В. Экологический мониторинг лесных насаждений рекреационного назначения: учеб. пособие. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2015. 152 с.
Bibliography
1. Busarov Р.А., Metelev D.V., Shevelina I.V. Quadracopter and its use in forestry Forest science in implementation of the concept of the Ural engineering school: social and economic and environmental problems of the forest sector of economy: materials XI of the International scientific and technical conference. Yekaterinburg: Ural state Forestry Engineering University Press, 2017. P. 181-182.
2. Lyashchenko Yu.V.: Legal aspects of using drones in Russia //Actual problems of aviation and cosmonautics. 2016. № 12. P. 612-614.
3. Denisov S.A., Domrachev A.A., ElsukovA. S. Experience with the use of drone to monitor forest renewal II PSTU Bulletin. Series: The Forest. Ecology. Environmental management. 2016. № 4 (32). P. 34-46.
4. The federal law "About Introduction of Amendments to the Air Code of the Russian Federation regarding Use of Pilotless Aircrafts" from 30.12.2015. № 462-ФЗ.
Леса России и хозяйство в них
№4(63), 2017 г.
5. Basics phytomonitoring: tutorial / N.P. Bunkova, S.V. Zalesov, E.A. Zoteeva, A.G. Magasumova. Yekaterinburg: Ural state Forestry Engineering University Press, 2011.89p.
6. Dancheva A.V., Zalesov S.V. Environmental monitoring of forest plantations recreational purpose: tutorial. Yekaterinburg: Ural state Forestry Engineering University Press, 2015. 152 p.
УДК 630*91
ОЦЕНКА УСПЕШНОСТИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЛЕСНЫХЗЕМЕЛЬ, НАРУШЕННЫХ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАЗМЕЩЕНИЯ НА НИХ ТОЧЕЧНЫХ И ЛИНЕЙНЫХОБЪЕКТОВ ДОБЫЧИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТИ, В УСЛОВИЯХ ХМАО - ЮГРЫ
H.A. ЛИ - магистрант, тел.: +7 (34668) 4-80-08, e-mail: naduxa.07@bk.ru*
A.C. ПОПОВ - кандидат сельскохозяйственных наук, тел.: +7 (343) 254-63-35, e-mail: sergeich66@yandex.ru*
Ю Р. КАСИМОВА - магистрант, тел.: +7 (343) 261-46-16, e-mail: kasimova_julia@mail.ru*
* ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет»,
620100, Екатеринбург, Сибирскийтракт, 37
Ключевые слова:рекультивация, нарушенные лесные земли, точечные и линейные объекты, добыча и транспортировка нефти, естественное лесовозобновление, лесные кулътуры,ХМАО-Югра.
Жесткие климатические условия обусловливают специфику процессов рекультивации нарушенных земель в условиях районов Крайнего Севера. При разработке проекта рекультивации эти особенности необходимо учитывать, что происходит не всегда. Результатом рекультивационных работ, выполненных без учета местных климатических, почвенных и гидрогеологических особенностей, чаще всего становится гибель насаждений, созданных на биологическом этапе рекультивации. История изучения проблем, связанных с рекультивацией участков лесного фонда, выходящих из-под объектов нефтегазодобычи, насчитывает уже не одно десятилетие. Данные вопросы обсуждаются на различных уровнях на протяжении как минимум сорока лет. За это время выработано достаточное количество рекомендаций, позволяющих учитывать местные особенности при проведении рекультивационных работ. Однако в северных районах нашей страны, где сосредоточена основная добывающая инфраструктура, обеспечивающая извлечение нефти и газа из недр земли, их транспортировку и первичную переработку, ощущается острый дефицит присутствия предприятий, способных выполнять на качественном уровне проекты рекультивации нарушенных земель. Через несколько научно-исследовательских проектных организаций идет мощный поток проектов, требующих быстрой разработки, что заставляет специалистов использовать при осуществлении проектной деятельности так называемые шаблоны. Применение «стандартных заготовок» позволяет существенно повысить производительность организаций-проектировщиков, но неизбежно негативным образом сказывается на среднем уровне разрабатываемых проектов. Одним из результатов такого подхода является значительная доля лесных площадей, рекультивация которых не может быть признана успешной. В данной статье предпринята попытка провести оценку успешности рекультивации лесных земель, нарушенных в результате размещения на них точечных и линейных объектов, связанных с добычей и транспортировкой нефти, в условиях ХМАО - Югры.
