Спосіб вимірювання висоти дерев і чагарників

Реферат: Спосіб вимірювання висоти дерев і чагарників передбачає візування приладом основи стовбура та верхівки. Вимірювання висоти дерев і чагарників здійснюють з безпілотного літального апарата розміщеною на ньому камерою, приціл якої наводять перпендикулярно до прямовисної осі стовбура на основу дерева і його верхівку, та одночасно фіксують їх висоту в тривимірній системі координат х, у, z за допомогою GPS-приймача, змонтованого на даному пристрої з наступним визначенням висоти вимірюваного об'єкта та збереженням просторової та висотної атрибутивної інформації в цифровому вигляді разом із фотознімком верхівки. UA 115874 U (12) UA 115874 U UA 115874 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі сільського господарства, зокрема до лісівництва, садово-паркового господарства, лісової таксації та парко- і лісовпорядкування. Відомий спосіб вимірювання висоти дерев за допомогою "Высотомер-угломер лесной" ВУЛ1 (ТУ56-302-87), що виготовлявся російським підприємством ЦОК "Лесхозмаш"), за допомогою якого вимірюють висоту ростучих дерев шляхом наведення окуляра приладу на верхівку дерева та зчитування відліку, що відповідає висоті дерева від рівня ока спостерігача. До отриманого відліку додають висоту спостерігача до рівня ока. До недоліків відомого способу слід віднести його невисоку точність (похибка ±5 %), залежність від рельєфу, потребу візування приладу на верхівку дерева, яку досить часто складно визначити в умовах загущеного деревостану та необхідність визначення базисної віддалі, що не завжди є можливим у насадженні. Відомим є також спосіб вимірювання висоти дерева за допомогою оптичного висотоміра Анучіна (Анучин Н.П. Лесная таксация Учебник для вузов. - 5-е изд., доп. Анучин Н.П. - М.: Лесная промышленность, 1982. - 552 с). Відомий спосіб призначений для вимірювання висоти зростаючих дерев шляхом наведення прорізу об'єктива на кореневу шийку та вершину дерева з базисної віддалі (20-30 м). Недоліками даного способу є його невисока точність (похибка ±4 %), складність візування приладу на вершину та кореневу шийку в умовах загущеного деревостану та необхідність визначення базисної віддалі. Відомий спосіб вимірювання висоти за допомогою лазерного висотоміра Nikon optics forestry pro (http://nikon.com/products/sportoptics/lineup/laser/forestrvpro/index.htm). Спосіб передбачає вимірювання висоти дерев за рахунок використання лазерного віддалеміра та функцій розрахунку лінійних та кутових величин. Недоліками наведеного способу є те, що він вимагає прямої безперешкодної видимості однієї довільної точки стовбура на рівні очей, яка часто прикрита листям або двох точок (кореневої шийки та вершини дерева), які не завжди чітко видимі внаслідок нерівностей рельєфу та розлогої крони. Крім того на точність результату впливає кривизна стовбура та його багатовершинність. Задачею корисної моделі є створення способу вимірювання висоти дерев та чагарників шляхом усунення необхідності закладання базисної віддалі, підвищення зручності візування на вершину дерева та забезпечення більшої точності вимірювань. Поставлена задача вирішується тим, що запропонований спосіб вимірювання висоти дерев та чагарників передбачає наведення прицілу камери, розміщеної на БПЛА (безпілотний літальний апарат) перпендикулярно до прямовисної осі стовбура, на основу стовбура (h1) та верхівку рослини (h2) з одночасною фіксацію їх висот у тривимірній системі координат х, у, z за допомогою GPS-приймача, змонтованого на даному пристрої з наступним визначенням перевищення Н, яке відповідає висоті вимірюваного об'єкта та обчислюється шляхом реєстрації зміщень камери у вертикальній (h) та горизонтальній ( x та y ) площинах за формулою: H  ( h2  x 2  y 2 ) , де H - висота дерева або чагарника, м; h - зміщення камери БПЛА по висоті, м;  x та y - зміщення камери БПЛА у горизонтальній площині при піднятті його до верхівки, м (див. Фіг.). Спосіб здійснюється наступним чином. Після виконання калібровки компаса БПЛА та отримання чіткого супутникового сигналу в системах GPS/ГЛОНАСС проводиться фіксація висоти точки 0. Для цього БПЛА встановлюється на рівні основи стовбура дерева (чагарника) (h1) , що підлягає вимірюванню висоти. Після чого БПЛА піднімають в ручному режимі на орієнтовну висоту дерева та направляють центр прицілу його камери в режимі 90°-зйомки на верхівку дерева (h2) , здійснюючи її точне візування та фіксацію з одночасним фотографуванням камерою безпілотного літального апарата. При цьому як атрибути кожної збереженої фотографії верхівки дерева зберігається інформація про його координати та висоту, яка розраховується GPS-модулем автоматично. Отримані дані про висоти дерев та чагарників можуть використовуватись для потреб лісо- та парковпорядкування, для встановлення розряду висот при відведенні ділянок під рубки, створення бази даних вимірів, а також для виконання інших наукових досліджень. Дослідження проводились на базі лісових масивів ДП "Бережанське лісомисливське господарство" та паркових насаджень в Бережанському призамковому парку на Тернопільщині. При цьому виконувалось вимірювання висоти дерев з використанням БПЛА Phantom 3 Advanced. Основними технічними характеристиками даного БПЛА є наступні: вага 1,28 кг; 1 UA 115874 U 5 10 15 діагональний розмір 0,59 м; точність польоту відповідно до заданого маршруту: ± 0,1м по вертикалі та ± 1 м по горизонталі; максимальна швидкість польоту 16 м/с; максимальна висота польоту 6000 м. Даний БПЛА підтримує роботу одночасно в обох системах навігації (GPS та ГЛОНАСС), що дає змогу підвищити точність його позиціювання в глобальній системі координат. Карданний трьохосьовий підвіс із пристроями для стабілізації та тангажем від -90° до +30° дозволяє вести якісне фотографування в русі під необхідним кутом. Знімальна апаратура представлена сенсором Sony EXMOR 1/2.3" з 12.4 млн. ефективних пікселів та об'єктивом f/2.8 (20-мм еквівалент) з 94-градусним кутом огляду, чутливістю ISO 100-1600 та витримкою від 8 сек до 1/8000 сек, що дає змогу отримувати знімки високої якості із роздільною здатністю 4000×3000. Для порівняння способу з аналогами здійснено вимірювання висот дерев і чагарників за допомогою лазерного висотоміра Nikon Forestry 550, оптичного висотоміра ВА та лісового висотоміра-кутоміра ВУЛ-1 (табл.). При вимірюванні висот лазерним висотоміром, як найбільш точним приладом, отримано наступні результати, які у подальшому використовувались як контроль: у дослідному 65-річному лісовому сосново-грабовому насадженні середня висота рослин складала 20,7 м, а в садовопарковому різновіковому насадженні зі змішаним складом деревно-чагарникових порід середня висота склала 18,6 м. Таблиця Результати вимірювань висоти дерев № пп 1 2 3 4 Варіант дослідження Контроль (лазерний висотомір Nikon Forestry 550) Аналог висотомір Анучина ВА (оптичний висотомір) Аналог висотомір лісовий ВУЛ-1 (тригонометричний висотомір) Пропоноване рішення з використанням БПЛА Кількість Середня висота Відхилення, вимірювань дерев % 19 20,7 19 18,6 19 21,9 +5,80 19 19,9 +6,99 19 22,2 +7,25 19 20,1 +8,06 19 20,5 -0,97 19 18,8 +1,08 20 25 30 Аналіз даних зведеної таблиці вимірювань, визначених за аналогами та запропонованим способом, свідчить, що безконтактний спосіб визначення висоти дерев чагарникових порід дає змогу отримувати результати високої точності (з відхиленням до 2 %). При цьому, у процесі вимірювання оптичним та тригонометричним висотомірами в лісовому масиві виникали труднощі із встановленням базисної віддалі через сусідні ростучі дерева, що також свідчить про недоліки аналогів. Технічним рішенням корисної моделі є те, що вона дозволяє проводити вимірювання висоти дерев та чагарників без закладання базисної віддалі, дає змогу проводити візування на дійсну вершину дерева, полегшує визначення висоти в умовах загущених, деревостанів і створює умови для збереження просторової та висотної атрибутивної інформації в цифровому вигляді разом із фотознімками вершин. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб вимірювання висоти дерев і чагарників, що передбачає візування приладом основи стовбура та верхівки, який відрізняється тим, що вимірювання висоти дерев і чагарників здійснюють з безпілотного літального апарата розміщеною на ньому камерою, приціл якої наводять перпендикулярно до прямовисної осі стовбура на основу дерева і його верхівку, та одночасно фіксують їх висоту в тривимірній системі координат х, у, z за допомогою GPSприймача, змонтованого на даному пристрої з наступним визначенням висоти вимірюваного об'єкта та збереженням просторової та висотної атрибутивної інформації в цифровому вигляді разом із фотознімком верхівки. 2 UA 115874 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3