Lasy mają zasadnicze znaczenie dla dobrostanu roślin oraz zwierząt a obszar, który zajmują to około 30% powierzchni lądów na całym świecie. Stanowią główne źródło surowców dla wielu gałęzi przemysłu. Ręczne badania stanowią w dalszym ciągu najczęstsze podejście do monitorowania lasów, natomiast rozwój satelitów umożliwił leśnikom szybszy i łatwiejszy sposób do pozyskiwania precyzyjnych danych z ciężko dostępnych, odległych rejonów. Satelity stały się pierwszym krokiem do wykorzystania technik teledetekcji oraz rozwoju technologii. Obecnie teledetekcja to wiarygodne źródło informacji, a wykorzystanie poszczególnych metod stale się rozwija. Postęp technologiczny pędzi, a wraz znim powstają coraz to nowsze sensory, kamery, czujniki czy skanery rejestrujące informacje z widma elektromagnetycznego dostarczające przy tym cały szeregu danych takich jak liczba drzew na powierzchni, objętość drewna, biomasy drzewnej oraz typy pokrycia. Umiejętność wykorzystania instrumentów teledetekcyjnych oraz interpretacji pozwala również na prowadzenie badań na temat wpływu różnych czynników środowiskowych czy zachodzących zmian w użytkowaniu wielkoskalowych gruntów i ich przyczyn.
Kategorie danych teledetekcyjnych
Techniki oraz stosowane technologie zależą przede wszystkim od informacji, których w danym momencie potrzebujemy. Możemy wyróżnić trzy kategorie danych teledetekcyjnych:
- Rozdzielczość przestrzenna, odnosząca się do liczby pikseli na obrazie oraz ilości szczegółów,
- Rozdzielczość czasowa czyli jak często informacje mogą być zbierane oraz rejestrowane,
- Rozdzielczość spektralna wskazująca jak duża część widma elektromagnetycznego jest rejestrowana.
Obrazy o wysokiej rozdzielczości spektralnej pozyskiwane są przez sensory multi oraz hiperspektralne instalowane na satelitach, samolotach załogówych, śmigłowcach, a obecnie już na statkach bezzałogowych, między innymi dronach. Wybór platformy uzależniony jest od charakterystyki zadania oraz wymaganej przy tym rozdzielczości przestrzennej. Drony zapewniają wyższą rozdzielczość przestrzenną niż zdjęcia satelitarne oraz stanowią bezpieczniejsze rozwiązanie w porównaniu do samolotów załogowych.
Korzyści stosowania dronów w leśnictwie
Zastosowanie dronów z sensorami wielospektralnymi w leśnictwie niesie za sobą wiele korzyści. Jedną z nich jest wydajność. Mimo, że ręczne pomiary zawsze będą wymagane w celach walidacji oraz wykorzystania fachowej wiedzy leśników, włączenie dronów znacznie ułatwia oraz przyspiesza pracę dostarczając przy tym mnóstwo informacji, dzięki którym można zaplanować najlepszą strategię działania. Drony oferują radykalne zwiększenie zasięgu oraz dokładności pomiarów skracając kilkukrotnie czas, który należałoby poświęcić na badanie ręczne. Ile leśniczemu może zająć ręczna inwentaryzacja drzewostanu na 30 hektarach? To zależy od wielu czynników. Jak wiadomo, większość lasów nie jest płaska. Lasy to często strome wzniesienia, doliny, tereny górzyste, co podnosi możliwość wystąpienia nieszczęśliwych zdarzeń i wypadków w trakcie inwentaryzacji przez ludzi. Niewielki procent terenu jest dostępny dla pojazdów lub ruchu pieszego, co nie stanowi większego problemu dla dronów. Bardzo ważną korzyścią, zatem jest dostępność do odległych, niebezpiecznych terenów. Z kolei nalot dronem nad tym samym obszarem zajmuje około godzinę.
Kolejną korzyścią z mapowania lasów przy pomocy dronów jest rozdzielczość. Obrazowanie z drona oferuje znacznie lepszą, nawet centymetrową rozdzielczość w zależności od wysokości lotu podczas, gdy rozdzielczość dostarczana z obrazów satelitarnych jest na poziomie 1 metra. Są to często niewystarczające dokładności do wykorzystania w zastosowaniach wymagających szczegółowych map. Wyniki nalotów dronem pozwalają na dokładną wizurę oraz możliwość analizy poszczególnych drzew, a dzięki opcji zadania danej wysokości lotu przez operatora drona, rozdzielczość przestrzenna może zostać dostosowana do wymagań pratkycznie każdego projektu.
Prawdopodobnie największa korzyść, jaką przyniosły drony jest dokładność. Umiejętność obsługi narzędzi analitycznych zasilonych danymi z sensorów wielospektralnych pozwala na analizę stanu zdrowotnego całych drzewostanów, a nawet na inwentaryzację cech charakterystycznych poszczególnych koron drzew, które nie są możliwe do zobaczenia z poziomu gruntu. Dodatkowo, wprowadzając odpowiednie algorytmy liczenia, możemy bardzo dokładnie policzyć drzewostany oparte na mapach całego lasu.
Zastosowanie dronów w leśnictwie
Zastosowań dronów w leśnictwie jest cały szereg i to leśnicy najlepiej wiedzą, w jakich zadaniach będą one pomocne. Dzięki dronom z kamerami RGB codzienna praca inwentaryzacyjna stała się dużo bardziej efektywna i przyjemna. Artykuł podejmuje jednak wykorzystanie teledetekcji oraz sensorów multispektralnych w leśnictwie, dlatego chciałbym przedstawić kilka najważnejszych zastosowań.
Wykrywanie i Monitoring gatunków inwazyjnych
Gatunki inwazyjne zmieniają ekologię ekosystemu i konkurują z rodzimymi gatunkami o zasoby. Bardzo ważnym jest przywrócenie równowagi w sytuacji, gdy ekosystem zostaje zaburzony. Dzięki danym z sensorów multispektralnych możemy uzyskać dokładne informacje na temat lokalizacji oraz zasięgu rozprzestrzeniania się inwazji. Wiedza ta jest kluczowa do zaprojektowania strategii efektywnej kontroli gatunków inwazyjnych. Dzięki przechwytywaniu sygnatur spektralnych zarówno gatunków rodzimych jak i tych inwazyjnych możemy je ze sobą rozróżnić, a dzięki nadanaiu georeferencji możliwe jest precyzyjne wskazanie miejsc, na których należy wykonać oprysk.
Klasyfikacja gatunków
Klasyfikacja gatunków w lesie jest niezbędnym, ale złożonym i kosztownym procesem. Inwentryazacji lasu wymagają takie zastosowania ekologiczne, jak zarządzanie użytkowaniem obszarów chronionych, określanie statusu ochrony czy monitorowanie i odnawianie siedlisk. Analiza zdjęć satelitarnych czy piesze pomiary mają pewne ograniczenia związane z częstotliwością, kosztem oraz skalą. Prowadzi to do niekompletnych informacji. Drony wyposażone w sensory multispektralne lub hiperspektralne pozwalają na prowadzenie badań na dużą skalę w stałym interwale czasowym, nawet z dnia na dzień w zależności od potrzeb. Zaawansowane algorytmy klasyfikacji dają możliwość tworzenia dokładniejszych inwentaryzacji z dokładnością około 95%, co pozwala jednostkom zarządzającym podejmować trafne i uzasadnione decyzje.
Wykrywanie zmian
Co 5 lat publikowana jest Globalna Ocena Stanu Lasów na świecie, która dostarcza niezbędnych informacji do zrozumienia zasobów leśnych, ich stanu, zarządzania i wykorzystania w skali globalnej. Od 2015 roku utraty pokrywy leśnej wynoszą ponad 10 milionów hektarów rocznie! Globalnie zmiany śledzone są dzięki zdjęciom satelitarnym, a cykl powtarzania rejestracji danych z tego samego miejsca zajmuje 16 dni. W skali lokalnej wiele sytuacji i zjawisk może generować potrzebę częstszego monitorowania w celu śledzenia zmian. Wynikać one mogą z różnych zarówno naturalnych jak i ludzkich przyczyn, takich jak występowanie kornika, posusz, wiatrołomy czy pożary. Sensory wielospektralne zainstalowane na dronach przynoszą te same możliwości co obrazy satelitarne, lecz posiadają istotną warość dodaną. Drony mogą być wykorzystywane do latania obszarem tak często, jak jest to potrzebne, dostarczając przy tym bardziej szczegółowych danych.
Zarządzanie inwentaryzacją
Inwentaryzacja lasu polega między innymi na zbieraniu danych o zasobach leśnych takich jak różnorodność bioogiczna, gatunki drzew, ilość drzew oraz ich cechy, np. średnica, biomasa czy stan zdrowotny. Takie informacje są kluczowe podczas ustalania strategii zarządzania lasami. Na niewielkich obszarach leśnych pozyskiwanie takich informacji może odbywać się poprzez badania terenowe, gdzie możliwy jest ręczny pomiar każdego drzewa na danym obszarze. W przypadku dużych obszarów wykorzystanie dronów oraz technik teledetekcji jest jak najbardziej uzasadnione. Połączenie pasm z czujnika wielospektralnego może dostarczyć wielowmiarowych i ciągłych informacji przestrzennych, umożliwiając przecyzyjny wgląd na miąższość, biomasę, a nawet wsparcie w obliczaniu szacunkowych plonów.
Monitorowanie odbudowy po pożarze
Ponowne zalesienie jest jednym z głównych celów dla wielu jednostek publicznch czy firm prywatnych. Wzrost liczby pożarów na dużą skalę wymógł położenie większego nacisku na strategię związaną z ponownym sadzeniem. Istnieje wiele elementów działań z tym związanych takich jak pozyskiwanie drewna z wycinki, kontrola odpływu wody, stabilizacja gleby, zarządzanie krzewami czy roślinnością odkrywkową. Dane pozykane z drona pomocne są w szczególności w monitorowaniu stanu zdrowia, powodzenia przesadzeń czy odtwarzania rodzimej roślinności. Stały monitoring wprowadza większą kontrolę nad cały procesem, czyniąc wysiłek w nie wkładany bardziej opłacalnym oraz zwiększając prawdopodobieństwo, że zakończony zostanie sukcesem.
Nie ma jednego podejścia oraz recepty na sukces jeśli chodzi o monitorowanie i zarządzanie lasami. Lasy różnią się od siebie wielkością, położeniem, klimatem, bioróżnorodnością oraz sposobem użytkowania ziemi. Satelitarne obrazy wielospektralne są bardzo istotne dla śledzenia zjawisk i procesów na skalę globalną na przestrzeni lat. Jednak obszary leśne nie mogą opierać się wyłącznie na zdjęciach satelitarnych, ponieważ nie dostarczają one szczegółowych wysokorozdzielczych informacji o praktykach zarządzania na poziomie drzewostanu. Dopiero połączenie wszystkich metod (zdjęcia satelitarne, pomiary ręczne oraz drony) daje najbardziej efektywne i kompletne rozwiązanie do zarządzania lasami. Wykorzystanie danej technologii uwarunkowane jest tym, czego w danym momencie potrzebują leśnicy. Jednakże postęp technologiczny zarówno w dziedzinie bezzałogowych statków powietrznych jak i sensorów, które możemy na nich zainstalować znacznie zmienił dotychczasowe podejście do wykonywanych zadań, co możemy zauważyć zarówno w skali globalnej jak i u nas, w Polsce. Dane pozyskane z drona oraz przede wszystkim umiejętna ich analiza okazują się być bardzo wartościowym narzędziem zwiększając zasięg oraz dokładność badań. Trudno dostępne niebezpieczne obszary nie stanowią już większego problemu, a informacje o stanie lasu pomagają monitorować, zarządzać oraz bardzo często zapobiegać wielu problemom zanim staną się one widoczne gołym okiem.
GEODETIC
Kontakt 608 577 042
biuro@geodetic.co
