Drónok az erdőben

Hogyan készül digitális fakataszter néhány óra alatt?

A mezőgazdaság digitalizációjáról ma legtöbbször a precíziós növénytermesztés, a hozamtérképek, a differenciált kijuttatás vagy a drónos permetezés jut eszünkbe. Pedig sok hazai gazdálkodónál a termőföld mellett kisebb-nagyobb erdőállomány is található, nyáras, akácos, fenyves, erdősáv, faültetvény vagy vegyes állomány, amelynek értéke, állapota és kezelése gazdasági szempontból sem mellékes. Ezeknél az állományoknál ugyanúgy felmerül a kérdés, mennyi fa áll a területen, milyen méretűek a törzsek, mekkora a becsült fatérfogat, hol találhatók a gyengébb vagy ritkább részek, és mennyire egységes az állomány?

A hagyományos erdészeti felmérés sokáig alapvetően terepi munkát jelentett. A szakember mintaterületeket jelöl ki, átmérőt mér, magasságot becsül vagy mér, majd ezek alapján következtet az állomány egészére. Ez a tudás továbbra is nélkülözhetetlen, hiszen az erdő nem csupán téradat és táblázat, hanem élő rendszer. Ugyanakkor ma már rendelkezésre állnak olyan drónos és szoftveres megoldások, amelyek a terepi tapasztalatot nagy területre kiterjeszthető, gyorsan frissíthető és térképen is értelmezhető adatokkal egészítik ki.

A drónos erdőfelmérés lényege nem csupán az, hogy légi fényképeket készítünk egy erdőről. A valódi értéket az jelenti, hogy a repülés során gyűjtött adatokból háromdimenziós modell, pontfelhő, ortofotó, terepmodell, koronamagasság-modell és végső soron faegyed-szintű nyilvántartás készül. Ez a digitális fakataszter már nemcsak azt mutatja meg, hogy hol van az erdő, hanem azt is, hogy az egyes faegyedek milyen térbeli helyzetben, milyen mérettel és milyen állományszerkezeti összefüggésben jelennek meg.

Miért érdekes ez a mezőgazdálkodóknak?

A magyar mezőgazdasági vállalkozások jelentős részénél az erdő nem fő tevékenység, hanem a gazdaság része, örökölt vagy vásárolt terület, faültetvény, táblaszegély, vízfolyás melletti sáv, szélfogó erdősáv vagy későbbi kitermelésre szánt állomány. Ezeknél a területeknél gyakran nem az a kérdés, hogy évente erdészeti szintű részletességgel történjen-e felmérés, hanem az, hogy a gazdálkodó reális, ellenőrizhető és térképen is áttekinthető képet kapjon a vagyonáról.

Egy vágásérett nyáras vagy akácos esetében például a törzsszám és az átlagos törzsátmérő már önmagában sokat elárul az állomány értékéről. Ha ehhez társul a faegyedek becsült magassága, a koronaméret, az alapterület és a fatérfogat, akkor a gazdálkodó nem csupán érzésre vagy néhány terepi pontra támaszkodik, hanem egységes térbeli adatbázist kap. Ez segítheti a fakitermelés tervezését, az erdőérték becslését, a ritkítási vagy állománynevelési döntéseket, az újratelepítés előkészítését, valamint a károsodott vagy hiányos foltok azonosítását is.

A módszer különösen azoknál az állományoknál látványos, amelyek szabályosabb szerkezetűek, egyenesebb törzsűek és már méretesebbek. Ilyenek lehetnek például a vágásérett nyárasok, bizonyos akácosok, illetve luc- vagy erdeifenyő-állományok. Minél rendezettebb a faegyedek térbeli elhelyezkedése, és minél jobban látható, modellezhető a törzsszerkezet, annál jobb minőségű eredmény várható. Természetközeli, sűrű aljnövényzetű vagy nagyon vegyes állományoknál természetesen óvatosabban kell kezelni a pontossági elvárásokat.

LiDAR vagy fotogrammetria?

A drónos erdőfelmérés két legismertebb adatgyűjtési iránya a fotogrammetria és a LiDAR. A fotogrammetria hagyományos fényképekből épít háromdimenziós modellt. A drón nagy átfedéssel készít felvételeket a területről, a szoftver pedig az azonos képi pontok alapján rekonstruálja a felszínt. Ennek nagy előnye, hogy viszonylag széles körben elérhető drónokkal is elvégezhető, és a feldolgozás végén részletes ortofotó is készíthető. Lombtalan állapotban, jó fényviszonyok mellett, megfelelő repülési tervvel kifejezetten hasznos alapadatot adhat.

A LiDAR ezzel szemben lézerimpulzusokkal méri a térbeli pontokat. A lézeres mérés egyik nagy előnye, hogy a növényzeten részben áthatolva a lombkorona alatt is képes adatot gyűjteni, így a talajfelszín, a törzsek és az ágstruktúra is jobban értelmezhető.

Erdőfelmérésnél ez különösen fontos, hiszen a gazdálkodót nemcsak a lombkorona felszíne érdekli, hanem a törzsek elhelyezkedése és mérete is. A LiDAR-os eszközök drágábbak, de sűrűbb és erdészeti szempontból sokszor értékesebb pontfelhőt adnak.

A gyakorlatban nem arról van szó, hogy az egyik módszer minden esetben jobb, mint a másik. Inkább arról, hogy a cél, az állomány típusa, a költségkeret, az évszak és az elvárt pontosság alapján kell kiválasztani a megfelelő adatgyűjtési módot. Egy lombtalan, szabályos nyáras fotogrammetriai felmérése is adhat jó alapot, míg egy sűrűbb, bonyolultabb állományban a LiDAR jelenthet komoly előnyt. A végeredményt minden esetben erősen befolyásolja a pontfelhő minősége, a repülési magasság, a képek átfedése, a repülési sebesség, az érzékelő beállítása, a georeferálás pontossága és az állomány szerkezete.

A törzsátmérő mint kulcsmutató

Az erdészeti felmérések egyik legfontosabb adata a mellmagassági átmérő, vagyis a DBH. Ez jellemzően 1,3 méteres magasságban mért törzsátmérőt jelenti, amely a fatérfogat-számítás egyik alapja. A gazdálkodási döntések szempontjából azért kiemelten fontos, mert a famagassággal és a fafajjal együtt közvetlenül befolyásolja a becsült volumen értékét.

A drónos felmérésnél a DBH becslése vagy mérése attól függ, hogy a pontfelhő mennyire tartalmaz megbízható információt a törzsről. Ha a törzs jól látható a 3D adatokban, akkor a szoftveres feldolgozás képes lehet az egyes faegyedek törzsének azonosítására, a törzs geometriájának értelmezésére, majd az átmérő meghatározására. Ha viszont a lomb, az aljnövényzet, a takarás vagy a gyenge pontsűrűség miatt kevés adat áll rendelkezésre, akkor a számítás bizonytalanabb lehet.

Ezért fontos, hogy a drónos erdőfelmérést ne egyszerűen „repülésként”, hanem mérési folyamatként kezeljük. A jó eredményhez megfelelő időpont, repülési paraméter, elégséges átfedés, kellően sűrű pontfelhő és ellenőrzött feldolgozás szükséges. A legjobb eredmények jellemzően ott születnek, ahol a faállomány szerkezete rendezett, a törzsek egyenesek, a törzsszint jól modellezhető, és az adatgyűjtés nem csak vizuális bemutatóként, hanem mérnöki felmérésként történik.

A DBH azért is különleges adat, mert kis eltérés is jelentős különbséget okozhat a fatérfogatban. Egy állomány becsült értéke sok esetben nem néhány látványos légifotón múlik, hanem azon, hogy a törzsátmérők és magasságok mennyire közelítik a valóságot. Magyarországi visszaellenőrzések alapján volt olyan projekt, ahol a kitermelési adatokkal összehasonlítva a becsült térfogat 2–6 százalékos eltérést mutatott, más esetben pedig 250 fa terepi visszamérése során az átmérőadatok átlagos eltérése körülbelül 1,5 centiméter volt.

Ezek az eredmények azt mutatják, hogy megfelelő állományban és jó adatminőség mellett a drónos-szoftveres feldolgozás már gyakorlati döntésekhez is értékes támpontot adhat.

Pontfelhőből fakataszter

A drónos adatgyűjtés önmagában még nem fakataszter. A repülés csak az első lépés. A valódi munka ott kezdődik, amikor a képekből vagy LiDAR-adatokból létrejön a pontfelhő, majd ebből a rendszer azonosítja a faegyedeket, meghatározza azok térbeli pozícióját, magasságát, törzsátmérőjét, koronaméretét és a becsült fatérfogatot.

A folyamat egy jól körülhatárolt területtel indul. A felmérendő erdőrész, faültetvény vagy erdősáv határát térképen ki lehet jelölni, majd ennek megfelelően készül el a repülési terv. A drón ezután a terület felett szabályos pályán repül, és vagy nagy átfedésű JPG-felvételeket, vagy LiDAR-pontfelhőt rögzít. LiDAR esetén a feldolgozás egyik tipikus alapformátuma a LAS fájl, amely a háromdimenziós pontadatokat tartalmazza.

A következő lépés az adatok feltöltése és feldolgozása. Az erre szolgáló szoftver a pontfelhőt elemzi, elkülöníti a talajfelszínt és a növényzetet, majd faegyedeket keres. Az eredmény nem csupán egy táblázat, hanem egy térképes adatbázis, minden fa saját pozícióval és attribútumokkal szerepelhet. Egy korszerű digitális fakataszterben a gazdálkodó nemcsak azt látja, hogy hány fa található az adott területen, hanem azt is, hogy ezek hol helyezkednek el, milyen méretkategóriába tartoznak, és az állomány mely részei térnek el az átlagtól.

A hazai fejlesztésű TreeDetect platform például ilyen problémára kínál online fakataszter-készítő szoftveres megoldást. A rendszer célja, hogy a drónos adatokból interaktív térképen és 3D nézetben is értelmezhető erdészeti riport készüljön, amelyben a faegyedek és az állományszintű mutatók egyszerre vizsgálhatók. A hangsúly itt nem egy újabb térinformatikai fájl előállításán van, hanem azon, hogy a felmérés eredménye a gazdálkodó és az erdészeti szakember számára is gyorsan áttekinthető legyen.

Milyen eredmények várhatók?

Egy jól előkészített drónos felmérésből többféle kimenet készülhet. Az ortofotó nagy felbontású, térben pontosított légifelvétel, amelyen jól áttekinthető a terület szerkezete. A digitális terepmodell a talajfelszín magassági viszonyait mutatja, ami erdőben, vízjárta vagy lejtős területeken különösen hasznos lehet. A koronamagasság-modell a lombkorona és a talajszint különbségéből ad képet az állomány magassági szerkezetéről. Emellett készülhet faegyed-térkép, törzsszám-kimutatás, magassági statisztika, átmérőeloszlás, koronaméret-elemzés és becsült fatérfogat-kimutatás is.

 gyakorlati előnyök közül az egyik legfontosabb az időmegtakarítás. Egy körülbelül 10 hektáros erdőterület drónos adatgyűjtése megfelelő körülmények között akár 20–30 perc alatt elvégezhető, a feldolgozás pedig az adatmennyiségtől és a pontfelhő minőségétől függően akár néhány órán belül elkészülhet. Ez különösen azoknál a gazdaságoknál jelenthet előnyt, ahol gyorsan kell döntést hozni kitermelés, értékbecslés, állapotfelmérés vagy károsodásvizsgálat előtt.

A gazdálkodó szempontjából az egyik legfontosabb kimenet az interaktív térkép. Ezen az egyes faegyedek térben kereshetők, szűrhetők és ellenőrizhetők. Egy 3D nézet még szemléletesebbé teszi az állomány szerkezetét, láthatóvá válik, hol vannak magasabb vagy alacsonyabb foltok, hol ritkul az állomány, hol tér el a koronaszerkezet, és hol érdemes terepi ellenőrzést végezni. A cikkben bemutatott képernyőképek és pontfelhő-részletek éppen ezt a szemléletet tudják érzékeltetni, a drónos felmérés eredménye nem elvont adat, hanem vizuálisan is értelmezhető döntéstámogató anyag.

A legtöbb gyakorlati projekt jellemzően 10–50 hektár közötti területet érint. Ez már elég nagy ahhoz, hogy a hagyományos teljes körű terepi felmérés jelentős időráfordítást igényeljen, ugyanakkor drónnal még jól kezelhető méret. Megfelelő adatminőség esetén a feldolgozás sokszor 1–2 napon belül elkészül, így a gazdálkodó rövid időn belül használható képet kaphat az állományról. Természetesen a pontos időigény függ a terület méretétől, a pontfelhő sűrűségétől, a választott feldolgozási módtól és attól is, hogy szükséges-e részletes szakmai ellenőrzés.

Mire használható a gyakorlatban?

A digitális fakataszter legkézenfekvőbb felhasználása a fakitermelés előkészítése. Egy vágásérett állománynál a gazdálkodó számára kulcskérdés, hogy mekkora volumenre számíthat, hogyan oszlik el az állomány a területen, és vannak-e olyan részek, amelyek eltérnek az átlagtól. A térképes adatok segíthetnek a kitermelési terv pontosításában, az értékbecslésben és a vállalkozókkal, felvásárlókkal folytatott egyeztetésekben is.

Ugyancsak hasznos lehet állománynevelési döntéseknél. A ritkább, gyengébben fejlődő, károsodott vagy szerkezetileg eltérő foltok térképi azonosítása segítheti a célzott terepi bejárást. Ilyenkor a drónos felmérés nem helyettesíti az erdészeti szakember döntését, hanem megmutatja, hol érdemes részletesebben vizsgálódni. Ez különösen akkor értékes, ha a terület nehezen járható, nagy kiterjedésű, vagy a tulajdonos nem rendelkezik naprakész képpel az állomány állapotáról.

A módszer újratelepítés és telepítéstervezés előtt is hasznos lehet. A terepmodell, az ortofotó és az állományszerkezeti térképek alapján jobban láthatók a mélyebb, vízállásosabb, gyengébb fejlődésű vagy eltérő adottságú részek. Károsodásfelmérésnél pedig a drónos adatok segíthetnek dokumentálni, hogy hol történt viharkár, aszály miatti pusztulás, vadkár vagy egyéb állományromlás.

Nemzetközi kitekintésben a drónos és LiDAR-alapú erdőfelmérés már a precíziós erdőgazdálkodás egyik fontos iránya. A nagy erdőterülettel rendelkező országokban a távérzékelési adatok, a földi mérések és a szoftveres modellek egyre inkább összekapcsolódnak. Magyarországon a birtokméretek, az állománytípusok és a gazdálkodási célok eltérőek, de a technológia ugyanarra a kérdésre ad választ, hogyan lehet gyorsabban, részletesebben és ellenőrizhetőbben képet kapni egy faállományról?

A drónos erdőfelmérés legnagyobb előnye, hogy a gazdálkodó rövid idő alatt olyan részletes, térben is értelmezhető képet kaphat az állományáról, amely korábban jóval nagyobb terepi ráfordítást igényelt. A digitális fakataszter egyszerre szolgálhat vagyonleltárként, állapotfelmérésként és döntés-előkészítő eszközként, megmutatja a faegyedek elhelyezkedését, méretét, az állomány szerkezetét és a becsült fatérfogatot. A TreeDetect hazai fejlesztésű online fakataszter-készítő szoftverként éppen ezt a folyamatot teszi áttekinthetővé: a drónos adatokból interaktív térképet, 3D nézetet és erdészeti riportot készít, amely a mezőgazdasági és erdőgazdálkodási döntésekhez is jól használható alapot ad.

Márkus Lőrinc
www.airscan.hu

Agrárágazat Tudástár: digitális fakataszter – A digitális fakataszter drónos erdőfelmérésből, LiDAR- vagy fotogrammetriai pontfelhőből készülő térképes faegyed-nyilvántartás, amely rögzíti a fák pozícióját, magasságát, törzsátmérőjét, koronaméretét és becsült fatérfogatát; erdőérték-becslést, kitermelést, állapotfelmérést és újratelepítést támogat.