Kierunki zastosowania bezzałogowych statków powietrznych w leśnictwie i ochronie przyrody

KIERUNKI ZASTOSOWANIA

BEZZA£OGOWYCH STATKÓW POWIETRZNYCH

W LEŒNICTWIE I OCHRONIE PRZYRODY

TRENDS IN THE USE OF UNMANNED AERIAL VEHICLES

IN FORESTRY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION

Pawe³ Szymañski

Szko³a G³ówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Wydzia³ Leœny, Katedra Urz¹dzania Lasu, Geomatyki i Ekonomiki Leœnictwa

S³owa kluczowe: BSP, zdjêcia lotnicze z niskiego pu³apu, monitoring leœny i œrodowiskowy, fotogrametria, teledetekcja

Keywords: UAV, forestry and environmental monitoring, photogrammetry, remote sensing

Wprowadzenie

Historia bezza³ogowych statków powietrznych (BSP) siêga pocz¹tków lotnictwa, jednak w 1917 roku u¿yto ich po raz pierwszy (Przywara, 2012). Pionierskie maszyny wykorzysty-wano z myœl¹ o operacjach militarnych. Curtis Aeroplane Company zaprojektowa³a i zbudo-wa³a BSP przeznaczone do niszczenia niemieckich okrêtów podwodnych. Samolot posiada³ autopilota i jego start odbywa³ siê przez wystrzelenie go z okrêtu z ³adunkiem wybuchowym wa¿¹cym 0,5 tony (Przywara, 2012). Z biegiem czasu technologia zaczê³a byæ coraz bardziej powszechna, popularna i znalaz³a wiele zastosowañ na rynku cywilnym. Na pok³adzie BSP mo¿na zamontowaæ aparaturê rejestruj¹c¹ o wysokiej rozdzielczoœci, skaner laserowy (LiDAR), kamerê termowizyjn¹ lub noktowizor. W Polsce wystêpuje coraz wiêcej firm zajmu-j¹cych siê rejestracj¹ takich urz¹dzeñ oraz œwiadcz¹cych us³ugi dla bran¿: budowlanej, geode-zyjnej i energetycznej. Z mo¿liwoœci BSP korzystaj¹ instytucje zwi¹zane z ochron¹ œrodowi-ska, jak równie¿ s³u¿by mundurowe takie jak: Stra¿ Graniczna, stra¿ po¿arna, policja. Wyko-rzystanie nowoczesnych urz¹dzeñ rejestruj¹cych oraz technologii BSP znajduje coraz szersze mo¿liwoœci zastosowañ w leœnictwie. Ortofotomapa jest podstawowym produktem, który jest coraz skuteczniej stosowany w pracach urz¹dzeniowych, jak i w monitorowaniu stanu œrodo-wiska. W artykule przedstawiono wybrane koncepcje zastosowañ bezza³ogowych statków powietrznych w leœnictwie oraz w ochronie œrodowiska (Szymañski, 2013).

Specyfikacja sprzêtowa

W badaniach wykorzystano wielowirnikowiec firmy DJI Phantom (rys. 1). Jego stabil-noœæ w locie zapewniaj¹ zainstalowane nastêpuj¹ce urz¹dzenia: GPS, akcelerometr, ciœnie-niomierz, trzyosiowy ¿yroskop i kompas. Do sterowania rêcznego stosuje siê aparaturê RC (Radio Control) o dopuszczalnym zasiêgu 0,5 km. W sytuacji awaryjnej (utrata kontaktu wzrokowego lub ³¹cznoœci) istnieje mo¿liwoœæ wykorzystania autopilota. UdŸwig urz¹dzenia to 200 gram, zaœ przewidywany czas lotu waha siê od 8 do 12 minut, w zale¿noœci od obci¹¿enia i si³y wiatru (do 7 m/s).

Do rejestracji obrazów zosta³a zastosowana kamera niemetryczna firmy Gopro Hero, model trzeciej generacji Black Edition (rys. 2) charakteryzuj¹ca siê nastêpuj¹cymi parametra-mi: 1) wielkoœæ pude³ka zapa³ek, 2) waga 74 gramy, 3) sta³a d³ugoœæ ogniskowej 20 mm, 4) maksymalna rozdzielczoœæ wykonywanych zdjêæ 12 MP (4000×3000 pikseli), 5) rejestra-cja w trzech kana³ach RGB. Mikroprocesor pozwala wykonywaæ nawet 30 zdjêæ w czasie 0,5 sekundy. Sterowanie odbywa siê zdalnie poprzez Wi-Fi (zasiêg do 200 m). Mo¿liwe jest wykonywanie zdjêæ w trybie ultra szerokim, wynosz¹cym do 170° pola widzenia.

Rysunek 1. Wielowirnikowiec DJI Phantom

(fot. P. Szymañski) Rysunek 2. Kamera Gopro Hero 3 Black Edition,porównanie wielkoœci do pude³ka zapa³ek (fot. P. Szymañski)

Ocena jakoœci zobrazowañ

Przeprowadzono test polegaj¹cy na porównaniu ortofotomapy Google, ortofotomap G³ów-nego Urzêdu Geodezji i Kartografii (GUGiK) oraz obrazu z BSP (rys. 3). Wybrano obiekt, zmierzono jego pole powierzchni ró¿nymi narzêdziami, na ró¿nych obrazach. Obiektem po-miarowym jest niewielki prostok¹t, widoczny w pó³nocno-wschodniej czêœci obrazów (rys. 3 a,b,c). Wykonano pomiar obiektu w ogólnodostêpnych portalach, takich jak: Bank Danych o Lasach, Geoportal, Geoportal 2, Geoserwis oraz programem Quantum GIS. Ponadto, dla celów kontrolnych, wykonano pomiar terenowy obiektu taœm¹ miernicz¹ i obliczono jego powierzchniê. Wyniki otrzymane z opracowañ kameralnych porównano z pomiarem tereno-wym (tab. 1). Uzyskana rozdzielczoœæ terenowa zdjêcia z niskiego pu³apu (do 100 m) wyno-si³a 1,5 cm. Zdjêcia kamer¹ Gopro posiadaj¹ du¿¹ dystorsjê, dlatego pomiar by³ mo¿liwy tylko w œrodkowej czêœci zdjêcia. Wynik uzyskany z obrazu BSP by³ najbli¿szy wynikowi

pomiaru terenowego, ró¿nica wy-nosi³a 0,1 m2_{. Pomiary zosta³y}

uœrednione na podstawie 20 wyni-ków w ka¿dym wariancie. Obiekt jest prostok¹tem o powierzchni 84,50 m2_{, jednak inne pomiary}

kazuj¹ du¿e ró¿nice pola po-wierzchni. Uzyskane wyniki mog¹ sugerowaæ, ¿e w przypadku obiek-tów wiêkszych i bardziej skompli-kowanych, ró¿nice pomiêdzy rze-czywist¹ i wyznaczon¹ powierzch-ni¹ obiektu bêd¹ coraz wiêksze.

Ocena ¿ywotnoœci drzew pomnikowych

Zgodnie z ustaw¹ o ochronie przyrody (Ustawa, 2004), pomnikiem przyrody s¹ obiekty przyrodnicze o¿ywione lub nieo¿ywione. Pomnik przyrody powinien posiadaæ szczególn¹ wartoœæ przyrodnicz¹, naukow¹, kulturow¹ lub krajobrazow¹. Obserwuj¹c drzewa, dziêki zobrazowaniom pozyskanym za pomoc¹ BSP i kamery niemetrycznej, jesteœmy w stanie oceniæ stan zdrowotny poszczególnych drzew. Wykorzystuj¹c BSP mo¿emy oceniaæ dyna-mikê zmian fenologicznych drzew, jak równie¿ stopieñ zamierania. Dodatkowym atutem jest

a b

Rysunek 3. Porównanie jakoœci zobrazowañ: a – Google Maps; b – GUGiK;

c – BSP z kamer¹ Gopro (fot. P. Szymañski);

strza³ka wskazuje mierzony obiekt _c

S I G ei z d ê z r a N Obraz Wynikpomairu m [ 2_] h c a s a L o h c y n a D k n a B otrofotomapaGUGiK 86,00 l a tr o p o e G otrofotomapaGUGiK 100.10 2 l a tr o p o e G otrofotomapaGUGiK 103,00 si w r e s o e G otrofotomapaGUGiK 67,20 si w r e s o e G otrofotomapaGoogel 102,50 S I G m u t n a u Q otrofotomapaGUGiK 87,20 S I G m u t n a u Q otrofotomapaGoogel 91,50 S I G m u t n a u Q obrazzBSP 84,60 y w o n e r e t r ai m o P 84,50

Tabela 1. Porównanie wyników pomiaru pola powierzchni uzyskanych za pomoc¹ ró¿nych narzêdzi i obrazów

rozdzielczoœæ zobrazowañ, która pozwala zidentyfikowaæ chorobê grzybow¹ (np. rozpoznanie owocnika znajduj¹cego siê wysoko w konarach) lub szkodnika. Po zgromadzeniu materia³u do oceny zdrowotnej obiektów, wykorzystano kilka technik przedstawiania danych obrazowych, miêdzy innymi metodê obserwacji trójwymiarowej pary stereoskopowej, zapisanej w postaci anaglifu. Innym przyk³adem s¹ panoramy: ko³owa „ma³a planetka” (rys. 4a), jak równie¿ pano-rama sferyczna ukazuj¹ca 360° pola widzenia, która jest technik¹ bardzo przydatn¹ do ukazania otoczenia cennych obiektów przyrodniczych. Stosuj¹c program Quantum GIS skalibrowano zdjêcia na podstawie fotopunktów. Obraz drzewa w rzucie pionowym, u¿yto do obliczenia powierzchni rzutu korony. W celu okreœlenia stopnia uszkodzenia drzewa, pos³u¿ono siê skal¹ Pacyniaka i Smolskiego (Pacyniak, 1992),w której wyró¿nia siê:

1) drzewa zupe³nie zdrowe, bez ¿adnych ubytków i obecnoœci szkodników;

2) drzewa z czêœciowo obumieraj¹cymi cieñszymi ga³êziami w wierzcho³kach koron; wystêpuj¹ pojedyncze egzemplarze szkodników;

3) drzewa, które maj¹ w 50% obumar³¹ koronê i k³odê; s¹ zaatakowane w znacznym stopniu przez szkodniki;

4) drzewa, które maj¹ w 70% obumar³¹ koronê i k³odê oraz du¿e ubytki tkanki drzewnej; 5) drzewa, które maj¹ w ponad 70% obumar³¹ koronê i k³odê z licznymi dziuplami – drzewa martwe.

Obiektem badañ by³ miêdzy innymi d¹b szypu³kowy (Quercus robur L.) o wysokoœci 23 m. Zmierzono w terenie, na wysokoœci 1,3 m, obwód pnia, który wynosi³ 700 cm. Rozpoznano dotychczasowe zabiegi polegaj¹ce na amputacji konarów. Nie stwierdzono kolizji, polegaj¹-cej na konkurowaniu konarami ró¿nej liczby drzew o tê sam¹ przestrzeñ badanego drzewa z innymi drzewami. Powierzchnia rzutu korony wynosi³a 615 m2_{. Stopieñ zdrowotnoœci}

wg skali Pacyniaka i Smolskiego wynosi³ 2. Nie stwierdzono niepokoj¹cych objawów cho-robowych, ani zamierania konarów. W okresie wegetacyjnym niemal¿e wszystkie ga³êzie wytworzy³y aparat asymilacyjny (rys. 4b).

a

Rysunek 4: a – panorama ko³owa, tzw. „ma³a planetka”; b – zdjêcia dêbu bezszypu³kowego (Quercus

robur L.) wykonane 1 i 20 maja 2013 r. za pomoc¹ kamery przenoszonej przez BSP, widok poziomy

i pionowy (fot. P. Szymañski) b

Ocena ¿ywotnoœci drzew

Stan zdrowotny mo¿na oceniaæ na kilka sposobów, jednak to aparat asymilacyjny jest podstaw¹ w jego ocenie. Utrata aparatu asymilacyjnego wskazuje na s³abn¹c¹ witalnoœæ drzewa. Defoliacj¹, nazywa siê stopieñ redukcji aparatu asymilacyjnego drzewa w odniesie-niu do drzewa wzorcowego. Wœród ró¿nych cech morfologicznych koron drzew, oprócz oceny defoliacji, mo¿na dokonaæ oceny odbarwienia aparatu asymilacyjnego. Porównanie mo¿na równie¿ przeprowadziæ dziêki wzorcowi ze zdjêæ lotniczych, wykonanych w bliskiej podczerwieni i ich porównaniu z ocen¹ naziemn¹. Witalnoœæ drzewa mo¿na równie¿ okreœliæ na podstawie intensywnoœci kwitnienia drzewa (rys. 5a).

Badania przeprowadzono w wydzielonym drzewostanie nasiennym sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) (siedlisko: LMœw, wiek 122 lata) na trzech powierzchniach badaw-czych. Zdjêcia wykonano w promieniu do 20 m od œrodka wyznaczonej powierzchni ba-dawczej; w rzucie œrodkowym, pionowo do ziemi (rys. 5b).

Rysunek 5: a – korona z tegorocznymi pêdami, przedzia³ defoliacji 1; b – stan drzewostanu

na powierzchni nr 2 (fot. P. Szymañski) a

b

Znaj¹c liczbê drzew w odpowiednich przedzia³ach defoliacji, obliczono wskaŸnik defolia-cji dla drzew z badanej powierzchni, stosuj¹c wzór:

gdzie: x – wskaŸnik defoliacji lub odbarwienia, N – liczba wszystkich drzew,

n – liczba drzew w dziesiêcioprocentowych przedzia³ach defoliacji, 1,2, …, 10 – numery przedzia³ów.



[ Q Q  Q 1

Otrzymane wyniki defolia-cji zestawiono w klasy, otrzy-muj¹c wynik procentowej de-foliacji. Do tego celu wyko-rzystywano metodykê opi-san¹ przez Wa¿yñskiego (2005). Wyniki badañ przed-stawia tabela 2. Zamieranie ca³ych drzew lub ich czêœci wierzcho³kowej objawia siê ubytkiem aparatu asymilacyj-nego bez zmiany zabarwienia, ewentualnie zmian¹ zabarwie-nia aparatu asymilacyjnego, lecz bez wyraŸnych ubytków lub jednoczesnym wystêpo-waniem obu cech (Zmarz i in., 2012).

Ocena stanu zdrowotnego uprawy starszej oraz m³odnika

Uprawa to pocz¹tkowe stadium tworzenia siê drzewostanu. Mo¿e pochodziæ z odnowienia, zarówno naturalnego jak i sztucznego. Tê fazê zachowuje od momentu wykie³kowania lub po-sadzenia do osi¹gniêcia zwarcia, nastêpnie przechodzi w fazê m³odnika (Wiêcko, 1996). Upraw¹ starsz¹ nazywa siê uprawê, która osi¹gnie wiek 5 lat. Drzewa w m³odniku bardzo silnie oddzia-³uj¹ na siebie, konkuruj¹c o œwiat³o i przestrzeñ do wzrostu (Szymañski, 2001). Po wypadniê-ciu drzew z obu pocz¹tkowych faz (do 20 lat), nale¿y dokonaæ uzupe³nienia gatunkiem w³aœci-wym dla danego siedliska (Zasady hodowli lasu, 2012). Bardzo trudne jest, zarówno dostrze¿e-nie negatywnych zmian w czêœci wierzcho³kowej drzew w gêstym i wysokim m³odniku, jak i obserwacja stopnia zamierania m³odych drzew na powierzchni uprawy starszej.

Szacowanie zdrowotnoœci drzew w obu fazach rozwojowych dokonano na podstawie wizualnej oceny zdjêæ. Zastosowano zdjêcia ukoœne (k¹t 45°) i pionowe. Wykonano kalibra-cjê zdjêæ, a nastêpnie pomiar powsta³ych luk. W przypadku uprawy starszej (siedlisko: Bœw wiek 8 lat, pow. 1,9 ha) wykazano ³¹cznie 650 m2 _{wolnej przestrzeni, któr¹ nale¿y uzupe³niæ,}

aby zachowaæ po¿¹dane zwarcie drzewostanu. Wykryto równie¿ 21 drzew wykazuj¹cych objawy chorobowe lub martwych. W celu u³atwienia interpretacji obrazów zastosowano kompozycjê barwn¹. W³aœciwy efekt badania uzyskano po zwiêkszeniu odchylenia standar-dowego w histogramie RGB. W m³odniku (siedlisko: BMœw, wiek 16 lat, pow. 3,7 ha) wy-kryto kilka luk o powierzchni 10-15 m2_{. W pozostawionym na powierzchni nasienniku}

wy-kryto tak¿e 5 martwych drzew oraz 2 osobniki z przebarwieniami aparatu asymilacyjnego. Przeprowadzono wizualn¹ ocenê wystêpowania na zdjêciach jasnych pêdów. O bardzo do-brej kondycji m³odnika œwiadczy intensywny przyrost tegorocznych (2013 r.) pêdów wierz-cho³kowych i bocznych.

Tabela 2. WskaŸniki defoliacji r e m u N u ³ ai z d e z r p ij c a r o lf e d ³ ai z d e z r P ij c a r o lf e d ] % [ j e z c w a d a b i n h c z r ei w o p r e m u N 1 2 3 w e z r d a b z ci l lcizbadrzew lcizbadrzew ]. t z s [ . 1 1-10 164 148 111 . 2 11-20 13 9 7 . 3 21-30 6 3 5 . 4 31-40 2 2 3 . 5 41-50 0 0 0 . 6 51-60 0 0 0 . 7 61-70 0 0 0 . 8 71-80 0 0 0 . 9 81-90 0 0 0 . 0 1 91-100 0 0 0 a m u S 185 162 126 ij c a r o lf e d k i n Ÿ a k s W 1,168 1,130 1,206 ij c a r o lf e d k i n Ÿ a k s w i n d e r Œ 1,168

Pomiar powierzchni uszkodzonej przez zwierzynê ³own¹

Wzrastaj¹ce zagêszczenie zwierz¹t, a tak¿e dzia³ania ochronne prowadzone przez leœni-ków (np. grodzenie upraw leœnych), jak równie¿ coraz atrakcyjniejsze uprawy rolne powo-duj¹ wyjœcie zwierz¹t z lasu, w celu poszukiwañ po¿ywienia. Znaczenie ma tu równie¿ wielkoœæ okolicznych kompleksów leœnych i ukszta³towanie granicy polno-leœnej (Flis, 2011). Ustawa Prawo ³owieckie (Ustawa, 1995) okreœla mo¿liwoœæ ubiegania siê o odszkodowanie za szkody wyrz¹dzone przez zwierzynê ³own¹. W takich wypadkach dokonuje siê szacowa-nia szkód ³owieckich. Powierzchszacowa-nia upraw uszkodzonych przez zwierzynê ³own¹ jest sto-sunkowo trudna do pomiaru z poziomu naziemnego. Powodem jest bardzo nieregularny kszta³t jaki pozostaje po ¿erowaniu zwierzyny. W tradycyjny sposób ocenê uszkodzonych powierzchni wykonuje siê przez utworzenie wokó³ nich prostych figur geometrycznych, pomiar tych figur i obliczenie ich

powierzch-ni. Pomiary wykonuje siê za pomoc¹ taœm, tyczek o znanej d³ugoœci lub GPS z funkcj¹ pomiaru powierzchni.

W prezentowanej pracy wykorzystano BSP do wykonania zdjêæ pionowych nad uszkodzonymi powierzchniami, a nastêpnie skalibrowano je w programie Quantum GIS. W celu lepszej interpretacji zastosowano kom-pozycjê barwn¹. Do kalibracji wykorzystano naziemne fotopunkty oraz ortofotomapê G³ównego Urzêdu Geodezji i Kartografii. Uszkodzenia na polu oznaczono i okreœlono ich powierzchnie, nastêpnie porównano z wy-nikami oceny metod¹ tradycyjn¹ (tab. 3).

Wy-niki znacznie ró¿ni³y siê od siebie ze wzglêdu na trudnoœci pomiaru nieregularnych figur w sposób tardycyjny, a tak¿e braku mo¿liwoœci dostrze¿enia obiektów w wysokiej trawie pa-stwiskowej. Zdjêcie lotnicze z BSP ukaza³o wszystkie miejsca, gdzie ¿erowa³a zwierzyna (rys. 6a), a tak¿e trasy jej wêdrówek (rys. 6b). Pomimo bliskiego s¹siedztwa z du¿ymi kom-pleksami leœnymi, uprawy w ¿aden sposób nie by³y zabezpieczone przed zwierzyn¹. Wszyst-kie szkody na polach uprawnych wyrz¹dzi³y dziki (Sus scrofa L.).

Rysunek 6: a – powierzchnia uszkodzona nr 1 w kompozycji barwnej – po kalibracji; b – fragment uprawy uszkodzonej nr 7, widoczne œlady przebywania dzików (Sus scrofa L.)

(fot. P. Szymañski) a b r e m u N -z r ei w o p i n h c u i c ê j d z a n r ai m o P P S B z m y z ci n t o l Pomrtaaidrycmyejnto¹d¹ m [ 2_] . 1 417,4 250,5 . 2 168,4 91,5 . 3 332,1 210,4 . 4 1465,1 865,0 . 5 396,0 315,0 . 6 336,8 78,0 . 7 1451,7 872,6 Tabela 3. Porównanie wyników pomiarów pól

Lokalizacja po¿arów w czasie rzeczywistym

Po¿ary powoduj¹ straty, zarówno materialne jak i ekologiczne. Aktualnie do wykrywania po-¿arów s³u¿¹ miêdzy innymi dostrzegalnie po¿arowe budowane na naturalnych wzniesieniach. Rozró¿nia siê dwa typy dostrzegalni: 1) wymagaj¹cej obs³ugi (obserwatora na wie¿y), 2) telewi-zyjne z odpowiedni¹ aparatur¹ i stacj¹ naziemn¹ do monitoringu. W celu zlokalizowania po¿aru, nale¿y znaæ wspó³rzêdne miejsca obserwacji oraz azymut zagro¿enia, zarejestrowane z minimum dwóch punktów. Proste, wyprowadzone z miejsc obserwacji pod okreœlonym azymutem, prze-cinaj¹ siê w miejscu zagro¿enia (rys. 7a). Dodatkow¹ mo¿liwoœci¹ jest obserwacja terenów zagro¿onych patrolami naziemnymi lub patrolami powietrznymi, na przyk³ad samolotami rozpo-znawczymi, rozpoznawczo-gaœniczymi lub œmig³owcami (Instrukcja, 2012).

Do lokalizowania po¿arów mo¿na równie¿ wykorzystaæ BSP, które mog¹ dzia³aæ w zbli-¿ony sposób jak tradycyjne dostrzegalnie po¿arowe. Koncepcja metody, zak³ada wykorzy-stywanie jej podczas rutynowych patroli naziemnych wewn¹trz du¿ych kompleksów le-œnych, w których nie ma mo¿liwoœci obserwacji horyzontu ponad drzewami. Znajduje ona zastosowanie nie tylko w Polsce, ale tak¿e przyk³adowo w Kanadzie, USA i Rosji. W oma-wianej metodzie, podczas wykrycia zagro¿enia, najwa¿niejszy jest czas dotarcia do kolejne-go punktu pomiaru, przy czym czas przed otrzymaniem informacji o zagro¿eniu nie mo¿e byæ wliczony do czasu pozyskania danych lokalizacyjnych.

W celu przeprowadzenia badañ za³o¿ono, ¿e wie¿a telekomunikacyjna bêdzie symulowa³a pionowo wznosz¹cy siê dym. Wykonano pomiary trzech symulowanych po¿arów. Rysunek 7 przedstawia po¿ar nr 1. Startuj¹c wielowirnikowcem w punkcie A, o znanych wspó³rzêd-nych geograficzwspó³rzêd-nych, okreœlano azymut symulowanego zagro¿enia, nastêpnie pojazdem mechanicznym przemieszczano siê do punktu B, pozyskuj¹c te same dane (rys. 7b). Obser-wacja miejsca zagro¿enia by³a mo¿liwa dziêki zdalnemu przesy³aniu obrazu na ekran pilota BSP. Na komputerze z po³¹czeniem internetowym, wprowadzono do programu Quantum GIS uzyskane dane (rys. 7a). Porównuj¹c wyniki trzech symulowanych po¿arów (tab. 4) stwierdzono, ¿e: 1) na uzyskanie wspó³rzêdnych zagro¿enia po¿arowego potrzeba by³o od 7 do 15 minut, 2) maksymalny b³¹d pomiaru nie przekroczy³ 70 m, 3) czas uzyskania wyniku zale¿a³ w g³ównej mierze od odleg³oœci z punktu A do punktu B.

a

b

Rysunek 7. Symulowany po¿ar nr 1: a – lokalizacja po¿aru, wyznaczone po³o¿enie zagro¿enia – kolor czarny, rzeczywisty punkt zagro¿enia – kolor bia³y (podk³ad: www.geoportal.gov.pl); b – widok wie¿y

Tabela 4. Wyniki lokalizacji po¿arów w czasie rzeczywistym r e m u N o g e n a w o l u m y s u r a ¿ o p 1 2 3 u r ai m o p t k n u P A B A B A B e n d ê z r³ ó p s W e n z ci f a r g o e g a c sj ei m u r ai m o p " 0 . 5 1 ' 2 5 ° 2 5 N " 4 . 9 5 ' 0 2 ° 1 2 E EN5221°°5221''3425..04"" EN5221°°4191''0341..46"" EN5221°°4181''3485..11"" NE5221°°4015''4566..33"" NE5221°°4016''4073..38"" t u m y z A ] ei n p o t s [ 21 267 223 322 146 156 æ œ o ³ g el d O -k n u p y z d êi m -o r ai m o p i m a t ii n il w i m y w ] m [ j e t s o r p 0 , 2 1 0 1 521,5 155,1 e n a t y z c d O e n d ê z r³ ó p s w e n z ci f a r g o e g a c sj ei m o g e n a w o l u m y s ai n e ¿ o r g a z " 7 . 1 3 ' 2 5 ° 2 5 N " 6 . 0 1 ' 1 2 ° 1 2 E NE5221°°4118''5292..31"" EN2521°°4016''2230..71"" y z d ei m æ œ o³ g el d O , m y n a t y z c d o o l u m y s wanym m e c sj ei m -k n u p a u r a ¿ o p ii n il w i m a t ] m [ j e t s o r p 3 , 5 5 5 647,8 248,7 422,3 854,6 818,4 e t si w y z c e z R e n d ê z r³ ó p s w e n z ci f a r g o e g o g e n a w o l u m y s a c sj ei m ai n e ¿ o r g a z " 3 . 1 3 ' 2 5 ° 2 5 N " 5 . 7 0 ' 1 2 ° 1 2 E NE2512°°4118''5179..27"" NE2512°°0461''2211..54"" æ œ o ³ g el d O -y z c e z r y z d êi m -o l u m y s , m y ts i w -j ei m m y n a w u r a ¿ o p m e c s i m a t k n u p a j e t s o r p ii n il w ] m [ 2 , 5 2 5 715,5 317,2 425,9 910,1 874,4 u r ai m o p d a³ B y z d êi m æ œ o³ g el d o ( m e c sj ei m m y n a t y z c d o ) m y t si w y z c e z r a ] m [ 5 , 6 6 68,8 55,4 ai n a m y z rt o s a z C ij c a m r o f n i h c y n d ê z r³ ó p s w o o g e n a w o l u m y s a c sj ei m ai n e ¿ o r g a z ]. n i m [ 5 1 14 7

Podsumowanie

Polskie regulacje prawne dopuszczaj¹ do u¿ytku BSP na okreœlonych zasadach. Je¿eli wykonuje siê loty inne ni¿ rekreacyjne i sportowe, niezbêdne jest posiadanie œwiadectwa kwalifikacji, wydanego zgodnie z art. 95 ust. 2 pkt. 5a ustawy Prawo lotnicze (Ustawa, 2002). Przy korzystaniu z tego typu narzêdzi, trzeba bezwzglêdnie pamiêtaæ o bezpieczeñ-stwie dla wszystkich u¿ytkowników przestrzeni powietrznej, jak i osób znajduj¹cych siê na ziemi. Konieczne jest zachowanie odpowiedniej separacji BSP od innych u¿ytkowników ru-chu powietrznego, z bezwzglêdn¹ zasad¹ polegaj¹c¹ na ustêpowaniu pierwszeñstwa lotnic-twu za³ogowemu (Ustawa, 2002).

Spe³niaj¹c powy¿sze uwarunkowania prawne, z powodzeniem mo¿na zastosowaæ BSP do oceny ¿ywotnoœci pomników przyrody, jednoczeœnie zachowuj¹c cenne zobrazowania jako archiwum dokumentacyjne, mog¹ce wzbogaciæ aspekt dziedzictwa kulturowego. Na przyk³adzie zdjêæ pionowych dokonano oceny defoliacji w drzewostanie nasiennym, jak rów-nie¿ oceniono kondycjê zdrowotn¹ uprawy starszej oraz m³odnika. Szacowanie szkód na upra-wach, spowodowane aktywnoœci¹ zwierzyny, dziêki BSP staje siê szybsze, z jednoczesn¹ popraw¹ wiarygodnoœci wyników. Wykorzystuj¹c mobilnoœæ urz¹dzenia lataj¹cego, przekaz obrazu na ¿ywo oraz mobilne narzêdzia, takie jak laptop wraz z oprogramowaniem Quantum GIS, mo¿na okreœliæ przybli¿one wspó³rzêdne obiektów pionowych. W badaniach skupiono siê na lokalizowaniu zagro¿enia po¿arowego w czasie rzeczywistym, gdzie symulowanym dymem by³y wie¿e telekomunikacyjne. B³¹d odleg³oœci od rzeczywistego obiektu wynosi³ od 55 do 70 metrów, zaœ wynik otrzymywano w czasie od 7 do 15 minut, co zale¿a³o od odleg³oœci miêdzy punktami pomiarowymi.

Jak mo¿na zaobserwowaæ, bezza³ogowe statki powietrzne to bardzo u¿yteczne narzê-dzie, s³u¿¹ce nie tylko do obserwacji œrodowiska. Wszystkie BSP, dziêki mobilnoœci, niskim kosztom u¿ytkowania (w stosunku do lotnictwa za³ogowego), mog¹ staæ siê powszechnie stosowanymi urz¹dzeniami do monitorowania œrodowiska, a tak¿e do realizacji specjalistycz-nych zadañ fotogrametryczspecjalistycz-nych i teledetekcyjspecjalistycz-nych. Skalibrowane zdjêcia z BSP, mog¹ po-s³u¿yæ jako materia³ do obliczania powierzchni podtopionych lasów, miejsc poklêskowych, kêp odnowieniowych, zrêbów, itp. Przekaz obrazu na ¿ywo, umo¿liwia zarówno obserwacjê bie¿¹cego stanu powodziowego, jak i sytuacji niebezpiecznych, takich jak: po¿ary w oœrod-kach przemys³owych, poszukiwanie zaginionych osób, akcje ratunkowe na morzu, monito-ring terenów o ska¿eniu biologicznym, radioaktywnym, jak równie¿ obserwacjê tajnych te-renów o znaczeniu militarnym podczas dzia³añ wojskowych lub antyterrorystycznych. Po-wy¿sza lista nie wyczerpuje wszystkich mo¿liwoœci zastosowania bezza³ogowych statków powietrznych. Jednak przy podejmowaniu decyzji o realizacji ró¿nych zadañ z wykorzysta-niem BSP nale¿y zawsze skalkulowaæ koszty oraz uwzglêdniæ ograniczenia ich stosowania, wynikaj¹ce miêdzy innymi z: przepisów prawa, bezpieczeñstwa dla osób i mienia, w³aœciwo-œci technicznych specjalistycznych BSP i warunków pogodowych.

Literatura

Flis M., 2011: Szkody w uprawach rolnych. [W:] Kiryjow J. (red.), Matysek W., Wierzbieniec A., £owiec-two. Tom II, £owiec Polski, Warszawa: 73-78.

Geoportal, 2013: www.geoportal.gov.pl

Instrukcja ochrony przeciwpo¿arowej lasu, 2012: Centrum Informacyjne Lasów Pañstwowych, Warszawa. Pacyniak C., 1992: Najstarsze drzewa w Polsce. Wydawnictwo PTTK „Kraj”, Warszawa.

Przywara J., 2012: Inwazja dronów. Magazyn Geoinformacyjny Geodeta 10: 10-15.

Szymañski P., 2013: Zastosowanie bezza³ogowych statków lataj¹cych w ochronie przyrody i leœnictwie. Praca magisterska. Katedra Urz¹dzania Lasu, Geomatyki i Ekonomiki Leœnictwa SGGW, Warszawa.

Szymañski S., 2001: Ekologiczne podstawy hodowli Lasu. Pañstwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leœne, Warszawa.

Ustawa o ochronie przyrody z dnia 16 kwietnia 2004 r. Dz.U. 2004 nr 92, poz. 880.

Ustawa z dnia 13 paŸdziernika 1995 r. Prawo ³owieckie. Dz.U. 2012 poz. 1281 (tekst jednolity). Ustawa z dnia 3 lipca 2002 r. Prawo lotnicze Dz.U. 2013 poz. 1393 (tekst jednolity).

Wa¿yñski B., 2005: Poradnik urz¹dzania lasu. Oficyna Edytorska Wydawnictwo Œwiat, Warszawa: 231-237. Wiêcko E., 1996: S³ownik encyklopedyczny leœnictwa, drzewnictwa, ochrony œrodowiska, ³owiectwa oraz

dziedzin pokrewnych. Wydawnictwo SGGW, Warszawa.

Zasady hodowli lasu, 2012: Centrum Informacyjne Lasów Pañstwowych, Warszawa.

Zmarz A., Bêdkowski K., Miœcicki S., Plutecki W., 2012: Ocena stanu zdrowotnego œwierka na podstawie analizy zdjêæ wielospektralnych wykonanych fotograficznymi aparatami cyfrowymi przenoszonymi przez bezza³ogowy statek lataj¹cy. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji vol. 23: 541-550.

Streszczenie

W pracy przedstawiono koncepcjê wykorzystania zdjêæ wykonywanych z pok³adu bezza³ogowego statku powietrznego (BSP) do realizacji ró¿nych zadañ z zakresu ochrony przyrody i leœnictwa. Zastosowano BSP, który jest platform¹ czterowirnikow¹, napêdzan¹ elektrycznie. Sterowanie odbywa siê rêcznie, za poœrednictwem aparatury RC (Radio Control). Urz¹dzenie wyposa¿one jest w trzyosio-wy ¿yroskop, akcelerometr, kompas, ciœnieniomierz GPS oraz awaryjnego autopilota. Wszystkie modu³y steruj¹ce daj¹ du¿¹ stabilnoœæ w powietrzu oraz czêœciow¹ odpornoœæ na dzia³anie wiatru do 7 m/s. Badania oraz testy zosta³y przeprowadzone na hali sportowej oraz na zewn¹trz podczas bezwietrznej i s³onecznej pogodzie. Do badañ wykorzystano amatorsk¹ kamerê niemetryczn¹, która by³a sterowana zdalnie. Celem badañ by³o przedstawienie przydatnoœci BSP jako narzêdzia do zbie-rania informacji w zakresie leœnictwa i ochrony przyrody. Skoncentrowano siê na kilku praktycznych zastosowaniach np.: do oceny ¿ywotnoœci pomników przyrody oraz oceny defoliacji w sosnowym drzewostanie nasiennym. Kolejnym aspektem by³a ocena stanu zdrowotnego uprawy starszej oraz m³odnika, gdzie weryfikowano prawid³owy rozwój m³odego drzewostanu. Nastêpnym aspektem by³a ocena powierzchni uszkodzonej przez zwierzynê ³own¹, gdzie porównano now¹ metodê z pomiarami tradycyjnymi stosowanymi przez Polski Zwi¹zek £owiecki. Dodatkowo przedstawiono koncepcjê systemu lokalizacji po¿aru w czasie rzeczywistym, który mo¿e byæ zastosowany np. w du¿ych kom-pleksach leœnych. Wszystkie badania przynios³y wymierne i pozytywne efekty pracy.

Abstract

The paper presents a concept for photos taken from unmanned aerial vehicles (UAV) to carry out various tasks in the field of nature conservation and forestry. The machine used was a quadrocopter platform with electric motors. UAV control is performed manually by means of RC (Radio Control). The device is equipped with a three-axis gyroscope, accelerometer, compass, GPS, pressure gauge and emergency autopilot. All the control modules provide a high stability in air and partial resistance to the wind (to 7 m/s). The tests were carried out in a sports hall and outside during calm and sunny weather. For the study a remotely controlled non-metric amateur camera was used. The aim of this study was to present applications of UAV as the optimal system for forestry and assessing environment protection. Practical applications tested included viability of natural monuments, assessment the damaged area by game, assessment of defoliation of pine (Pinus sylvestris L.) seed stand. Another aspect was the health status assessment of old and young forest. A new method to calculate area damaged by game was proposed as compared to the traditional one used by the Polish Hunting Association. In addition, a system for fire location in real time was presented. All studies brought measurable and positive effects.

mgr in¿. Pawe³ Szymañski szymanski.gps@gmail.com p.szymanski@wl.sggw.pl www.geobsl.pl