В России разработано программное обеспечение для лидарной таксации лесных участков

В нашей стране большое внимание уделяется различным способам инвентаризации лесных ресурсов. Одним из самых перспективных на сегодня является лидарная таксация, то есть дистанционная таксация с применением технологии воздушного лазерного сканирования.

Однако, несмотря на различные технологические инициативы сегодня в России так и не создано готового к практическому применению технологичного решения для проведения лидарной таксации.

Основными технологическими причинами являются:

- отсутствие ПО полного цикла обработки данных лидарного сканирования;
- недостаток данных (датасетов) для обучения моделей ИИ;
- ограничения в части использования БПЛА;

Вместе с тем, компания “ИнфоГИС” из Татарстана (резидент технопарка им. Б. Рамеева) заявляет о существенном прогрессе в вопросе создания решения для лидарной таксации лесных участков. На сегодня технология компании апробирована на территории опытных участков в Приволжском и Северо-Западном федеральных округах общей площадью около 10 000 га. Для анализа и обработки даных лидарного сканирования создано облачный сервис с применением технологии Искусственного интеллекта. Для съёмки лесных участков используется БПЛА самолетного типа конвертоплан, который отлично подходит для работы в лесу благодаря возможностям запуска с ограниченного пространства и высокой производительности работы.

Как работает лидарное сканирование

Лидар (от англ. Light Detection and Ranging) — это метод дистанционного зондирования, основанный на использовании импульсного лазера. Лазерный луч испускается с летательного аппарата, в том числе беспилотного, а затем отражается от объектов на поверхности земли, включая деревья, кустарники, травостой и поверхность земли. Отраженный сигнал улавливается сенсором и используется для создания 3D-модели высот леса. Данные лидарного сканирования позволяют нам получить подробную информацию о таких таксационных характеристиках, как породный состав, класс возраста, диаметр стволов, запас древесины, категория санитарного состояния деревьев, их высота и ярусность, наличие и плотность подлеска..

Технология: получение данных

Для съёмки лесных участков и получения первичных данных используются БПЛА конвертоплан, оснащенные лазерными сканерами, которые обеспечивают плотность точек лазерных отражений более 50 т/м² при съемке с высоты 120 метров и более. Преимуществами таких БПЛА является то, что благодаря вертикальному взлёту их можно запускать с ограниченной по размерам площади в лесу, а также длительность полёта в сравнении с БПЛА коптерного типа. В процессе подготовки полётов проводится анализ имеющихся данных лесоустройства, а также согласование полётов с органами государственной власти.

Производительность съёмки БПЛА конвертоплан составляет до несколько сотен га/час, а длительность одного полёта до 6 часов. Таким образом при благоприятных условиях за один летный день можно отснять лесной участок общей площадью до 3,5 тыс.га.

Также специалистами компании проводятся полевые работы (выборочная натурная таксация) для получения обучающего датасета, который используется при разработке моделей ИИ. Это значит, что для корректной работы нейронных сетей на каждом лесном участке необходимо наполнить датасет реальными примерами деревьев с указанием пород, высоты, диаметра и других целевых параметров, чтобы на основе этих данных алгоритмы научились распознавать таксационные характеристики автоматически. Этот процесс можно сравнить с обучением алгоритмов беспилотного автомобиля. Чтобы тот научился ездить без участия человека, его алгоритмы предварительно обучаются на реальных изображениях участников дорожного потока – других автомобилей, пешеходов, велосипедистов, дорожных знаков и пр. В случае с обучением алгоритмов таксации ситуация аналогична: специалисты закладывают пробные площади для получения реальных примеров пород деревьев, их классов возраста и других таксационных характеристик.

Измерения проводятся на круговых пробных площадях со стратифицированным размещением для достижения целевого объема эталонной выборки 1000 объектов для каждого класса целевых характеристик. Измеряются целевые показатели деревьев: порода, класс возраста, диаметр ствола, категория санитарного состояния. Для 10% деревьев дополнительно измеряются высота и возраст в годах, эти данные впоследствии используются для расчета поправочного коэффициента (высота) и предварительной оценки достижимой точности определения при помощи ИИ (возраст). Также в ходе полевых работ фиксируются параметры пробных площадей, такие как тип лесорастительных условий и наличие и густота подлеска.

Технология: программное обеспечение

Обработка данных воздушного лазерного сканирования ведётся при помощи собственного программного обеспечения компании “Инфогис” с уникальными специализированными алгоритмами Искусственного интеллекта. Предварительная обработка полевых данных включает в себя процедуры очистки и фильтрации для выявления возможных ошибок и устранения шумов на материалах съёмки. Далее предварительно обработанное облако точек лазерных отражений подвергается классификации, где каждой точке присваивается соответствующий класс — земля, трава, кустарник, древостой и др. На третьем этапе модуль построения высот проводит генерацию тематических слоёв рельефа для формирования цифровых моделей высот. После чего модуль сегментации определяет границы (сегменты) крон отдельных деревьев для последующего анализа характеристик каждого дерева.

На финальном пятом этапе модуль подеревной таксации устанавливает целевые характеристики 
по классам — порода, класс возраста, 
высота, диаметр и т.д. — и производится расчет запасов.

Результаты работ

• Актуальное таксационное описание участка, включающее основные таксационные параметры;
• Цифровая База данных лесного участка в составе: цифровой модели участка рельефа, цифровой модели высот древостоя, транспортной и гидрографической сети, актуализированной квартально-выдельной сети;
• Анализ транспортной доступности лесных участков;
• Зонирование лесных участков по сезонности лесозаготовки;
• Цифровые карты лесонасаждений, лесозаготовки;
• План освоения лесных участков по годам с оценкой экономического эффекта;
• Интеграция Цифровой БД с геоинформационной системой.

Дальнейшее развитие технологии

В дальнейшем командой компании планируется доработка программного обеспечения, в том числе дообучение алгоритмов искусственного интеллекта в новых лесорастительных условиях и масштабирование технологии.

Важным моментом развития является изучение и внедрение технологии в бизнес-процессы компаний-лесозаготовителей для обеспечения предприятий отрасли современным программным обеспечением для работы с данными о лесном фонде.

С точки зрения совершенствования технологии планируется написание методики лидарной таксации в рамках использования специализированного программного обеспечения компании.

8-993-638-11-29, info@infogis.tech, ООО «Инфогис»

Реклама. ООО "Инфогис", 
ИНН 1683013195. 
Erid: 2SDnjdpvQJu