Дроны помогают энтузиастам в создании 3D-модели лесных угодий Алтайского края

Группа энтузиастов из руководящего состава холдинговой компании «Алтайлес» второй год пытается создать цифровую 3D-модель лесных угодий, на которых ведет хозяйственную деятельность. В конечном итоге это механизирует учет деревьев, осуществляющийся сейчас вручную, и сведет к минимуму трудозатраты.

Технология работы

Эксперименты в свободное от основных обязанностей время проводят директор по лесному хозяйству холдинговой компании Валерий Савин, директор по лесообеспечению Юрий Беспалов, главный специалист службы лесного хозяйства Николай Ленкин и ведущий специалист службы лесоообеспечения Максим Яхонтов.

Для изучения лесных массивов они используют большой китайский дрон, на который подвешен лазерный сканер – лидар. Это устройство представляет собой излучатель и приемник света. Луч двигается от него вертикально вниз, отражается от ствола дерева и возвращается в приемник. Учитывая разницу времени прохождения луча, компьютер потом формирует объемную модель местности.

Квадрокоптер DJI вместе с лидаром, камерой и программным комплексом обошелся ЛХК «Алтайлес» в 4 млн руб. Российские аналоги гораздо дороже и несут меньшую полезную нагрузку.

Савин и его товарищи работают примерно так: один из них поднимает БПЛА с пульта на 100 метров вверх и дальше дрон автоматически выполняет полетное задание, ориентируясь на спутники и зашитую ему в память карту местности. Одного заряда батареи хватает на 40 минут работы.

В рамках полетного задания квадрокоптер может удаляться от оператора на 5–6 км, а потом возвращаться. Но чтобы не потерять дорогостоящий прибор, его снабжают дополнительным устройством, которое излучает точные координаты по принципу GPS-навигатора.

Производительность дрона от 50 до 200 гектаров в день.

«Арборитм» только учится

Получив не менее 700 точек на каждый квадратный метр, программа может воспроизвести рельеф местности, диаметр и высоту каждого дерева, правда, для этого ей потребуется не меньше дня машинного времени. То есть сколько идет съемка, столько занимает и обсчет данных.

Разработчиками геоинформационной системы, названной «Арборитм», является архангельская компания «Открытый лес». Пока программный комплекс еще далек от совершенства. Он только учится с помощью искусственного интеллекта отличать один вид деревьев от других. И в этой, по сути, научно-­исследовательской работе принимают участие работники ЛХК «Алтайлес».

– Вначале наши ребята вручную измеряют деревья, затем запускаем дрон с лидаром, полученные с него данные отправляем в «Открытый лес». Там сравнивают одни показатели с другими и вносят корректировки в программу.

Объемы древесины в алтайских сосновых борах программа уже научилась определять с погрешностью 3–5 %. Но таксаторы в своих измерениях могут ошибаться сильнее.

– Думаю, что в ближайшее время «Арборитм» будет достаточно точно работать, – надеется Валерий Савин.

Еще требуется научить искусственный интеллект отличать одну породу деревьев от другой. Если распознавать сосну, осину и березу не так сложно, то, когда алтайские исследователи в этом году решили поработать по темнохвой­ной салаирской тайге, где встречается пять-шесть пород, программа стала путать их.

Во время работы дрон делает и высококачественные цифровые фотоснимки, которые в дальнейшем «сшиваются». На полученной карте можно увидеть погибшие деревья, которые посчитает искусственный интеллект. Но его также приходится поправлять. И чем больший объем информации ему скармливаешь, чем дольше идет учеба, тем точнее он отличает больное дерево от здорового.

На федеральном уровне

Пока новая технология обеспечивает 2–3 % арендованных ЛХК «Алтайлес» площадей. При этом 3D-модели нельзя использовать официально для подсчета запасов древесины. Но все может измениться. В прошлом году Рослесхоз выделил компании «Открытый лес» грант, в рамках которого необходимо довести «Арборитм» до совершенства. Работа ведется совместно с ВНИИ лесоводства и механизации лесного хозяйства. И если по итогам этих тестирований руководство Рослесхоза удовлетворит точность работы «Арборитма», то будут внесены поправки в законодательство.

Уже даже есть их проект. И тогда работа по таксации лесов с помощью БПЛА и искусственного интеллекта будет вестись на всей территории страны.

Сегодня коммерческие предприятия таксируют леса, которые подлежат рубке, а таких всего 2–3 % от общей площади зеленых насаждений в России. У Рослесхоза большая проблема с лесоустройством, людей для этого катастрофически не хватает. И достоверность данных в масштабах страны не превышает 50 %. Поэтому выход – в использовании БПЛА.

– Я считаю хорошо, что мы участвуем в этих исследованиях. Лучше быть среди первых, чем потом догонять, – уверен Валерий Савин.

Внедрение новой технологии позволит резко поднять эффективность таксаторов. Часть их высвободится и будет переведена на другую работу. Данная идея реализуется в русле общей стратегии компании, направленной на повышение производительности труда. Без этого невозможно сохранять конкурентоспособность на рынке.

– Сегодня за 30–40 тысяч рублей работать никто не идет, все хотят получать не меньше 100 тысяч, а цены на нашу продукцию, как ни странно, падают. И мы не можем в таких условиях платить высокие зарплаты малопроизводительным сотрудникам, – объясняет директор по лесному хозяйству.

Поэтому приходится вместо таксаторов использовать более эффективные беспилотники, а людей с бензопилами заменять механизаторами на лесозаготовительных комбайнах.

Зачем нужны таксаторы

Валерий Савин говорит, что вся хозяйственная деятельность в лесу производится на основе лесоустроительной документации, которую готовят сотрудники ФГБУ «Рослесинфорг». Раз в 10 лет они собирают полную информацию о том, какие деревья и в каком количестве растут в лесах. За те, что не переданы в аренду, платит государство в лице своих предприятий, таких как КАУ «Алтайлес». Если зеленый массив арендует коммерческая организация, то за его лесоустройство она и рассчитывается.

За год до того, как планируется начать хозяйственные работы на определенном участке леса, на него заходят таксаторы из эксплуатируемой лес организации.

Таксация лесосек – это измерение количественных, качественных характеристик лесных насаждений. Она проводится для того, чтобы уточнить объем древесины на участке, который планируется назначить в рубку. Для этого необходимо определить породы, возраст всех деревьев, растущих на выбранном участке, измерить их высоту и диаметр.

В работе лесоустроителей допускается погрешность 10 %, поэтому когда после них в зеленый массив заходят таксаторы, то они, если и найдут ошибку в работе коллег, не могут предъявить им претензию, поскольку массив огромный. Он содержит до миллиона кварталов и выделов (участки леса, характеризующиеся определенной площадью, видом, возрастом деревьев и качеством древесины).

И лесоустроители, и таксаторы измеряют диаметр деревьев с помощью мерных вилок, а высоту – высотомерами. Это прибор, который под углом 45 градусов наводится на дерево. Зная расстояние до него, можно вычислить высоту, используя формулу расчета одного катета прямоугольного треугольника по второму.

Это работа кропотливая, занимающая очень много времени. За день, работая вдвоем, таксаторы могут измерить таким методом около 15 гектаров.

Это не так много, если учесть, что с гектара вырубается от 30 до 50 кубометров, а малая комплексная бригада, которая валит лес с помощью бензопил, в день заготавливает 30 кубов. Но сегодня в холдинге «Алтайлес» в основном идет механизированная заготовка древесины. И бригада из спиливающего комбайна харвестера и погрузчика-­транспортера форвардера добывает порядка 200 кубометров в день. А значит, чтобы ей обеспечить фронт работ, два таксатора должны мерить стволы неделю.