New method for tree stands parameters determination using high resolution images done by unmanned aerial vehicle

Abstract

В связи со старением информационных материалов о состоянии лесов существует потребность в разработке новых методов таксации древостоев, основанных на применении последних научно-технических достижений в области теории структуры и продуктивности древостоев, дистанционных методов изучения лесов, информационных и ГИС технологий. В статье приведены результаты разработки и проверки нового метода определения таксационных характеристик сомкнутых насаждений на основе правила 3/2 и подобных ему правил Хильми и Рейнеке, с одной стороны, и определения числа деревьев на единице площади по снимку сверх высокого разрешения, полученного с помощью БПЛА, с другой. С теоретической точки зрения эта зависимости величин запаса, средней высоты и среднего диаметра от числа стволов на единице площади относятся к классу аллометрических связей, очень часто встречающихся при количественном описании соотношений частей биологических систем разных уровней иерархии, от организмов до экосистем. Параметры аллометрических зависимостей запаса, средних высоты и диаметра от числа стволов на единице площади были определены для основных лесообразующих пород по данным таблиц хода роста нормальных (полных) древостоев с теоретическим показателем степени и затем использованы для расчетов. Число деревьев на единице площади определялось по снимку с разрешением 7,13 см/пиксель, полученному с помощью 4-роторной платформы. Обработка материалов аэрофотосъемки была выполнена в специализированной фотограмметрической системе Agisoft Photoscan. В результате были получены ортофотоплан и цифровая модель поверхности крон деревьев на изучаемую территорию с определением их высот. Для автоматизированной обработки полученных изображений с целью получения значений числа деревьев на единицу площади был создан специализированный скрипт на языке Java. Погрешности определения таксационных характеристик древостоев предлагаемым методом не выше установленных действующими нормативными материалами. Every time there is a demand for new innovative methods of forest resources estimation based on last achievements in theoretical science, remote sensing methods, information and GIS-technologies. In the paper are presented a new method and the results of its application to forest stands growing stock, mean height and diameter determination. The method is based on rule 3/2 and similar Reineke and Hilmy rules, on one hand and high resolution image made by unmanned aerial vehicle, which used for determination of number of trees per area unit, on other. The above rules are well known in quantitative biology as an allometric and widely used for description of different kind of relations in biological systems of various scale: from organisms to ecosystems. Parameters of above allometric relationships between growing stock, mean height and diameter and stems density per area unit was determine on the base of full stock growth and yield tables for main tree species and after used for experimental calculations. The number of trees per area unit was determined after special treatment of high resolution image made by unmanned flying machine. The growing stock, mean height and diameter determined by suggested method was compared with the data of regular forest inventory. Comparison gives positive result and method may be recommended for further development.