WYBRANE MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA LASEROWEGO SKANINGU NAZIEMNEGO

Transkrypt

1 WYBRANE MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA LASEROWEGO SKANINGU NAZIEMNEGO PAWEŁ STRZELIŃSKI KATEDRA URZĄDZANIA LASU, WYDZIAŁ LEŚNY, UNIWERSYTET PRZYRODNICZY W POZNANIU Wstęp Wdrożenie Systemu Informatycznego Lasów Państwowych (rok 1992) oraz standardu Leśnej Mapy Numerycznej na poziomie nadleśnictwa (rok 2001) to niewątpliwie bardzo ważne etapy w informatyzacji Lasów Państwowych. W tym czasie również większość metod pozyskiwania i aktualizacji danych zaczęła wykorzystywać urządzenia elektroniczne, m.in. skracające czas przetwarzania i obiegu informacji. Przyszedł czas na zwiększenie precyzji i częstotliwości pozyskiwanych danych. Zdawało się, że potrzebom takim sprostają zobrazowania pozyskiwane z pułapu satelitarnego i lotniczego, gdzie rozdzielczość czasowa satelitów dochodzi do kilku godzin a stosowane układy optyczne w kamerach lotniczych umożliwiają rejestrację piksela poniżej 5 cm. Warto podkreślić, że ostatnie lata wprowadzają do standardu usług w zakresie zobrazowań lotniczych skaning laserowy, dostarczający obecnie informacje w zakresie minimum 4 impulsów odbitych od dna lasu. Ciągle jednak zakres pozyskiwanych informacji znacznie jeszcze odbiegał od metod stosowanych np. w inwentaryzacji lasu, wymagających pomiaru pierśnicy drzewa z dokładnością do 0,5 cm, wysokości do 0,5 m oraz szacowania zasobności ±5%. Możliwość uzyskania takiej precyzji dostarczyła, stosowana dotychczas jedynie na pułapie lotniczym i satelitarnym technologia skaningu laserowego. Urządzeniem, którym wykonuje się takie pomiary jest LiDAR (ang. Light Detection And Ranging), będący aktywnym systemem zdalnego pozyskiwania danych przy pomocy skupionej wiązki promieni laserowych. W wydaniu naziemnym skaning laserowy (ang. Terrestrial Laser Scanning), jest technologią ostatnich kilku lat. Jednakże w Polsce po raz pierwszy na większą skalę wykorzystany został w projekcie badawczym OPRACOWANIE METODY INWENTARYZACJI LASU OPARTEJ NA INTEGRACJI DANYCH POZYSKIWANYCH RÓŻNYMI TECHNIKAMI GEOMATYCZNYMI, zleconym Wydziałowi Leśnemu SGGW przez Generalną Dyrekcję Lasów Państwowych, z terminem realizacji w latach W projekcie tym zamierzano m.in. przetestować przydatność technologii naziemnego skaningu laserowego w pomiarach drzew i drzewostanów. Badania nad tą technologią, przeprowadzane dotąd głównie w Skandynawii, Niemczech i Ameryce Północnej, wykazały możliwości pomiaru następujących cech drzewostanu: - cechy taksacyjne stosowane powszechnie w ramach urządzeniowej inwentaryzacji lasu: pierśnica, wysokość drzew, długość korony, szerokość korony, długość pnia wolnego od gałęzi, zwarcie koron, zagęszczenie drzew na 1ha, gatunek; - cechy taksacyjne stosowane w pracach badawczych: grubość na różnych wysokościach, zbieżystość pnia, indeks powierzchni liściowej, defoliacja korony, kąt nasady gałęzi, pionowy profil zmienności biomasy, położenie pnia w przestrzeni 3D. Dane pochodzące z zastosowania lidara naziemnego służyć mogą również do określenia cech pochodnych (np. pierśnicowego pola przekroju czy miąższości drzew i drzewostanów) oraz do budowy modeli pozwalających na uzyskanie pełniejszej informacji o lesie (np. modeli kształtu podłużnego pni drzew). Automatyczna identyfikacja drzew na podstawie skanów laserowych pozwalając między innymi na określenie zagęszczenia drzew w drzewostanie, może być źródłem informacji do stosowania modeli wzrostu, jako narzędzi wspomagających pomiar lasu. Potencjalny zestaw danych możliwych do pozyskania na powierzchni próbnej za pomocą skanera laserowego daje więc znacznie większe możliwości określania cech drzew i analizy struktury drzewostanu, niż tradycyjne pomiary naziemne. 1

2 Charakterystyka wybranych skanerów laserowych Ciągle zwiększający się popyt na precyzyjne i szybkie systemy pomiarowe, zdolne jednocześnie do odwzorowywania analizowanych obiektów w postaci modeli 3D powoduje rozwój technologii skaningu laserowego. Do pomiarów drzew i drzewostanów można obecnie wykorzystywać wiele różnych urządzeń. Do najbardziej popularnych należą m.in. skanery firm (w kolejności alfabetycznej): 3rdTech, Callidus, FARO, Leica, Maptek, Optech, Riegl, Sick, Topcon, Trimble, Zoller+Fröhlich. Specyfika pomiarów leśnych wymaga, aby skaner charakteryzował się jak największym zakresem zwłaszcza w zakresie widoczności w pionie (w poziomie większość urządzeń pracuje w zakresie 360 o ). Kolejnym ważną cechą jest szybkość skanowania. Obecnie najlepsze skanery pracują w tempie ok. 1 mln pkt/sek. Ważna jest także rozdzielczość skanerów. W przypadku pomiarów drzew optymalne są rozdzielczości nie gorsze, niż dokładności dopuszczalne np. w pracach urządzeniowych. Duże znaczenie ma też efektywny zasięg urządzenia. Niektóre skanery reklamują się zasięgiem m. Przy pomiarze drzewostanów wystarczającym (głównie ze względu na przesłanianie się drzew) jest zasięg ok m. Przydatnym rozwiązaniem jest możliwość zamontowania cyfrowej kamery, co umożliwia fotorealistyczne skanowanych powierzchni, a nawet tworzenie fotorealistycznych modeli 3D. Poniżej przedstawiono charakterystyki podstawowych parametrów dla wybranych skanerów. 2

3 Pole skanowania: 360 x 310 Zasięg: 79 m 500 tys. pkt/sek Czas pracy: full ok. 27 min Temperatura pracy: -10 / +40 st. C Waga: skaner 14 kg; bateria 16/2,5 kg Wbudowany komputer Win. XP/2000/Vista; RAM 1 lub 2 GB; HDD - 60 GB Ryc. 1. Leica HDS 6100 ( 3

4 Pole skanowania: 360 x 100 Zasięg: do 500 m 125 tys. pkt/sek Dokładność pojedynczego pomiaru: ± 10 mm Max liczba punktów: do pkt/sek Liczba punktów na stanowisko: ok. 2 mln Parametry kamery cyfrowej: Nazwa Modelu: Nikon D90, D100, D300 lub Canon EOS 450 D Liczba zdjęć na stanowisko: 7 Wbudowany GPS: 2,5 m Pamięć: 8 GB Flash memory Ryc. 2. RIEGL VZ-400 ( 4

5 Zasięg 350 m Pole skanowania: 360 x 90 5 tys. pkt/sek Waga: 14 kg Temperatura pracy: od 0 do 40 st. C Ryc. 3. Trimble GX 3D scanner ( 5

6 Ryc. 4. CALLIDUS CP 3200 ( 6

7 Ryc. 5. DeltaSpher D Scene Digitizer ( Ryc. 6. Zoller+Fröhlich IMAGER 5006 ( Charakterystyka skanera FARO Pierwsze próby wykorzystania laserowego skanera naziemnego do prac badawczych z zakresu nauk leśnych miały miejsce na ternie Nadleśnictwa Milicz (listopad 2006). Testy te zdecydowały, że na potrzeby kolejnego projektu zaplanowano zakup skanera FARO Laser Scanner LS HE880 (ryc. 7. i fot. 1.). Jesienią 2007 roku skaner ten został zakupiony przez Katedrę Urządzania Lasu z Wydziału Leśnego na Uniwersytecie Przyrodniczym w Poznaniu. Podstawowe parametry tego skanera zestawiono w tabeli 1. Tabela 1. Podstawowe parametry charakteryzujące FARO Laser Scanner LS HE880. Zasięg: 70 m (76,9) Rozdzielczość: 17 bit - odległość / 9 bit - intensywność Błąd linowy: ±3 mm na 25 m Moc lasera: 22 mw Długość fali: 785 nm Odchylenie wiązki: 0.25 mrad (0.014 ) Średnica wiązki (na 3 mm wyjściu): Pole widzenia w pionie: 320 (niewidoczny jest obszar pod skanerem) Pol widzenia w poziomie: 360 Rozdzielczość pionowa: ( pikseli 3D na 360 ) Rozdzielczość pozioma: ( pikseli 3D na 360 ) Maks. szybkość skanowania 250 tys. pkt/sek (pion): 7

8 Czas skanowania: 1/10 - ok. 1,5 min; ¼ - ok. 7 min; pełna rozdzielczość - ok. 45 min Wewnętrzny PC: Pentium III 700 MHz, 256 MB RAM, 40GB HDD; Windows XP Zapis danych: na wewnętrznym dysku twardym lub zewnętrznie - przez Ethernet na PC lub laptopie Transfer danych: Opcja koloru: online w czasie skanowania przez Fast-Ethernet Nikon D70 lub Nikon D200 + obiektyw fish-eye Nikkor AF DX 10,5 mm f/2.8 G ED Czujnik odległości Moduł zwierciadła Moduł bazowy Moduł komputera Dioda laserowa wg.: zmienione Ryc. 7. Schemat budowy skanera FARO LS 880. Wirujące zwierciadło 8

9 Fot. 1. Skaner FARO LS 880 (w opcji kolor ) na powierzchni w Nadleśnictwie Grodzisk Wielkopolski (rok 2007). (Fot. Paweł Strzeliński). Parametry skanera FARO, a zwłaszcza jego rozdzielczość powodują, że powstają pliki o znacznych rozmiarach. Dla przykładu podczas skanowania drzewostanu, ze standardowo przyjętą rozdzielczością ¼ - plik, zapisany w oryginalnym dla tego urządzenia formacie (*.fls) ma rozmiar około 150 MB. Z opcja koloru łączna wielkość plików (dla jednego skanu) to około 190 MB. Trzeba jednak pamiętać, że dla pełnego odwzorowania 3D danej przestrzeni wykonuje się min. 3 skany (patrz: ryc. 12.). Przy obecnie dynamicznie rozwijającym się rynku sprzętu komputerowego, a zwłaszcza pamięci masowych, z przechowywaniem takich ilości danych nie ma problemu (obecnie luty 2010 można zakupić pendrive o pojemności 256 GB). Pojawia się jednak problem przetważania tak dużych zbiorów danych. Do tego celu zakupiono więc (w 2007 roku) wydajną stację graficzną - Fujitsu-Siemens CELCIUS V840 (max. 64 GB RAM). Projekty badawcze z wykorzystaniem FARO LS 880 9

10 W kwietniu 2007 roku, Wydział Leśny Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu (dawniej Akademia Rolnicza im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu) wraz z 5 innymi jednostkami badawczymi z Polski i Niemiec, rozpoczął realizację projektu na zlecenie Lasów Państwowych. Projekt ten funkcjonuje pod tytułem BILANS WĘGLA W BIOMASIE DRZEW GŁÓWNYCH GATUNKÓW LASOTWÓRCZYCH POLSKI. Jednym z celów projektu ma być określenie zdolności pochłaniania dwutlenku węgla przez różne gatunki drzew występujących w lasach Polski. W ramach prac terenowych zaplanowano m.in. szereg precyzyjnych pomiarów biomasy drzew, krzewów a nawet roślinności runa. Kierownikiem projektu jest dr inż. Paweł Strzeliński z Katedry Urządzania Lasu UP w Poznaniu. Dotychczas w ramach projektu wykonano skaning na kilkudziesięciu powierzchniach w północnej i zachodniej Polsce, m.in. w nadleśnictwach: Chojna, Gryfino, Grodzisk Wlkp., Kartuzy, Łopuchówko, Niedźwiady, Piaski, Rogów, Sławno, Szklarska Poręba, Śnieżka, Świeradów i Zielonka. M.in. na potrzeby tego projektu, w latach łącznie wykonano ponad 800 skanów (ryc. 8.) Ryc. 8. Lokalizacja obiektów (19 nadleśnictw LP i 2 nadleśnictwa doświadczalne), gdzie w latach , wykonywano naziemny skaning laserowy. Kolejnym projektem, w którym wykorzystano laser FARO jest OSZACOWANIE STRUMIENI NETTO DWUTLENKU WĘGLA WYMIENIANYCH POMIĘDZY EKOSYSTEMEM LEŚNYM A ATMOSFERĄ, koordynowany przez prof. dr hab. Janusza Olejnika z Katedry Agrometeorologii (Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu). W ramach tego projektu, laser FARO jest wykorzystywany w celu 10

11 precyzyjnego oszacowania biomasy drzew rosnących w bezpośrednim sąsiedztwie wieży pomiarowej (fot. 2. i ryc. 9.), usytuowanej w drzewostanie sosnowym na terenie Nadleśnictwa Tuczno. Wokół wieży, w latach , na sześciu około stumetrowych transektach (skierowanych od wieży na N, S, E i W oraz S-W i N-W) wykonano blisko 120 skanów (ryc. 9.). Ryc. 9. Lokalizacja punktów pomiarowych wokół wieży pomiarowej w Tucznie, na których w 2008 roku wykonano naziemny skaning laserowy i zdjęcia hemisferyczne na tle ortofotomapy [Chojnicki i in., 2009]. 11

12 Fot. 2. Skanowanie drzewostanu sosnowego w sąsiedztwie wieży pomiarowej (w tle) na terenie Nadleśnictwa Tuczno. (Fot. Paweł Strzeliński). Ryc. 10. Panoramiczny (360 o ) obraz intensywności punktów będący wynikiem skaningu drzewostanu sosnowego w Nadleśnictwie Tuczno (sierpień 2008); w tle widoczna wieża do pomiarów wymiany CO2 pomiędzy atmosferą a ekosystemem leśnym. Kolejnym projektem, tym razem niedotyczącym leśnictwa, w którym wykorzystano skaner FARO LS 880 był temat ZASTOSOWANIE ZDJĘĆ LIDAROWYCH DO OCENY GĘSTOŚCI ZAKRZACZEŃ, W ASPEKCIE OCENY SZORSTKOŚCI TERENÓW ZALEWOWYCH, koordynowany przez dr inż. Tomasza Kałużę z Katedry Budownictwa Wodnego na Wydziale Melioracji i Inżynierii Środowiska, Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. W projekcie tym skaner wykorzystano, jako źródło danych pomiarowych dotyczących krzewów wierzbowych (fot. 3. i 4., ryc. 11.). 12

13 Fot. 3. Tradycyjne pomiary krzewu wierzbowego. (Fot. Paweł Strzeliński). Fot. 4. Skaning laserowy krzewu wierzbowego. (Fot. Paweł Strzeliński). Ryc. 11. Obraz intensywności punktów; w centrum skanowany krzew wierzbowy (rzeka Barycz, 2008). Wybrane możliwości analiz Pomiary drzewostanów z wykorzystaniem laserowego skanera naziemnego zdecydowanie odbiegają od wszelkich dotychczas stosowanych metod. W celu precyzyjnego zobrazowania kilku arów powierzchni trzeba wykonać od 3 do 5 skanów (każdy skan to osobne ustawienie skanera), oddalonych od siebie ok m (ryc. 12.). Dzięki zastosowaniu odpowiedniego oprogramowania i umieszczeniu na skanowanym obszarze tzw. kul referencyjnych otrzymuje się już w miarę precyzyjny model 3D, zarejestrowany w postaci tzw. chmury punktów (ryc. 13.). Co ciekawe, czas skanowania jest o wiele krótszy, niż tradycyjnych pomiarów. Doświadczenia wielu zespołów pokazały, że wystarczającym dla leśnych zastosowań jest skan z rozdzielczością ¼, co trwa ok. 7 min i generuje pliki o wielkości ok. 150 MB (z opcją koloru ok. 190 MB) (ryc. 14.). 13

14 Ryc. 12. Schemat ustawienia skanera w 4 pozycjach dla powierzchni kołowej o promieniu 12 m [Procyk, 2008]. Ryc. 13. Widok czterech połączonych powierzchni na obrazie 3D, widok z lotu ptaka [Raport, 2008]. 14

15 Ryc. 14. Fotorealistyczny model 3D chmura punktów z opcją koloru [oprac. A. Wencel]. Sam skaning laserem FARO jest w sumie czynnością niezbyt trudną ani też specjalnie czasochłonną. Ale już podczas przetwarzania i analizy chmur milionów punktów (pozyskanych w trakcie skanowanie) doba zaczyna się nagle kurczyć w zastraszającym tempie. Pierwsze fazy opracowywania danych to ich odfiltrowanie i wyseparowanie określonych obiektów i obszarów (ryc. 15.). 15

16 Ryc. 15. Etapy filtracji chmury punktów ze skanu wykonanego w słoneczny dzień (Rzecin, 2009). Zasadnicze analizy, czyli pomiary parametrów poszczególnych drzew i krzewów zazwyczaj odbywają się na tzw. obrazie intensywności (ryc. 16.). 16

17 Ryc. 16. Pomiar pierśnicy prowadzony na obrazie intensywności (chmura punktów wyświetlona w układzie 2D) [Procyk, 2008]. Niestety uzyskiwane w testach wyniki nie zawsze spełniały pokładane w laserze nadzieje. Dla przykładu na powierzchni testowej w Nadleśnictwie Milicz otrzymano średnią różnicę (w porównaniu do tradycyjnych metod pomiarowych) na średnicy 1,5 cm, zaś na wysokości -33 cm. Oczywiście w tym momencie pojawia się pytanie który z pomiarów powinien być traktowany jako referencyjny? Czy np. tradycyjny pomiar wysokości nie jest obarczony zbyt dużym błędem? W kolejnym teście skupiono się więc na najprostszym porównaniu, dotyczącym pomiaru średnicy drzew. Analiza danych z Nadleśnictwa Gryfino (wrzesień 2007 r.), przeprowadzona dla 3 powierzchni (w sumie 101 drzew z gatunku buk zwyczajny) wykazała średnią różnicę pomiędzy pomiarem tradycyjnym a danymi z lasera (dla średnicy drzew) na poziomie 0,07 cm! Przy zachowaniu takiego poziomu dokładności można przejść do bardziej zaawansowanych analiz, polegających m.in. na pomiarze pozostałych części drzewa grubych gałęzi, drobnych gałązek a nawet aparatu asymilacyjnego. Dopiero tego typu dane są zadowalające przy szacowaniu biomasy poszczególnych części drzewa, co z kolei jest niezbędne przy określaniu zdolności pochłaniania CO2, a w konsekwencji określaniu bilansu węgla w ekosystemach leśnych. Pozostaje jednak podstawowe pytanie która metoda jest w rzeczywistości dokładniejsza? I choć intuicja podpowiada, że skaning laserowy, to jednak trzeba poczekać na wyniki kolejnych testów, bazujących m.in. na pomiarze wysokości drzew ściętych i określaniu zasobności metodą sekcyjną Hubera lub opartej na ksylometrowaniu (testowanej na powierzchni sosnowej w Nadleśnictwie Grodzisk Wlkp.). Problematyczna jest jeszcze jedna bardzo ważna kwestia czasu poświęcanego na analizę danych zgromadzonych w postaci chmur punktów. Zależnie od oprogramowania może to być proces mniej lub bardziej zautomatyzowany, bazujący na pomiarach obrazu intensywności lub danych wyeksportowanych do modeli typu CAD. Jednak nawet w przypadku pracy na danych wyeksportowanych do formatów CAD mogą pojawić się poważne problemy. Klasycznym wręcz przykładem mogą być problemy z poprawnym odczytem wysokości drzewa zwłaszcza wówczas, gdy nie ma pewności czy punkty mogące stanowić wierzchołek drzewa faktycznie do niego należą, czy też są częścią np. sąsiedniego drzewa (ryc. 17.). 17

18 Ryc. 17. Pomiar wysokości drzewa na danych wyeksportowanych do formatu CAD (części B i C). W części C pojawiają się znaczne różnice w pomiarze wysokości zależnie od interpretacji wierzchołka [Procyk, 2008]. Ważnym źródłem błędów może też być brak doświadczenia osoby zajmującej się analizą danych. Może to dotyczyć np. problemów z poprawną interpretacją położenia podstawy pnia. Jak pokazuje przykład przedstawiony na ryc roślinność runa może spowodować błędne oszacowanie podstawy pnia, a co za tym idzie właściwego miejsca pomiaru pierśnicy. Dużym ułatwieniem jest zaznaczanie na pniu miejsca pomiaru pierśnicy, ale to z kolei bardzo utrudnia (na dzień dzisiejszy) automatyzację tego procesu (w odpowiednio przystosowanym oprogramowaniu). 18

19 Ryc. 18. Niewidoczna podstawa pnia na obrazie intensywności (A), drzewo ze zmierzoną wysokością pomiaru pierśnicy na obrazie intensywności (B) i to samo drzewo na obrazie 3D z widocznym błędem określenia tej wysokości [Procyk, 2008]. Swoistą ciekawostką, ale też ważna z praktycznego punktu widzenia informacją jest unikanie stosowania oznaczeń drzew farbą czerwoną lub pomarańczową. Znaki namalowane na drzewach tymi kolorami są dla skanera niewidoczne (ryc. 19.). Wynika to z zastosowania w skanerze lasera pracującego w paśmie bliskiej podczerwieni. 19

20 A) zdjęcie wykonane kamerą cyfrową, w B) Obraz intensywności chmury punktów zakresie RGB. ze skanera FARO. Ryc. 19. W oznakowaniu drzew niedopuszczalne są kolory czerwone i pomarańczowe niewidoczne dla skanera FARO [Procyk, 2008]. Obiecującym wydaje się oprogramowanie Autostem irlandzkiej firmy TreeMetrics ( umożliwiające daleko idącą automatyzację pomiarów określonych cech pojedynczych drzew. Niestety oferta okazała się bardzo kosztowna. Podjęto więc decyzję o stworzeniu własnego oprogramowania, umożliwiającego oprócz automatyzacji pomiaru podstawowych parametrów drzew, także identyfikację i pomiar parametrów wykorzystywanych np. w Wielkoobszarowej Inwentaryzacji Stanu Lasu czy innych metodykach inwentaryzacyjnych. W tym zakresie interesujące są możliwości analizy kształtu pnia, jego ugałęzienia i ewentualnych deformacji. Przykład wizualnej oceny, przeprowadzonej m.in. dla skanów wykonanych w drzewostanach sosnowych (ok. 57 lat), rosnących na gruntach porolnych (BMśw), na terenie Nadleśnictwa Tuczno (fot. 2.), zawiera ryc

21 Ryc. 20. Analiza pojedynczego drzewa i jego fragmentów (Tuczno, 2008). Obok analiz pojedynczych drzew, umożliwiających biometrię podstawowych parametrów (pierśnica, wysokość, długość i szerokość korony), dane ze skaningu naziemnego umożliwiają generowanie numerycznego modelu terenu (NMT). Wizualizacja takich możliwości jest przedstawiona na ryc. 21. Ryc. 21. Generowanie numerycznego modelu terenu (NMT) drzewostan świerkowy w 21

22 Nadleśnictwie Szklarska Poręba (2008). Bardziej zaawansowane, a przede wszystkim półautomatyczne przetwarzanie danych umożliwia utworzone pilotażowo (w ramach projektu OPRACOWANIE METODY INWENTARYZACJI LASU OPARTEJ NA INTEGRACJI DANYCH POZYSKIWANYCH RÓŻNYMI TECHNIKAMI GEOMATYCZNYMI ) oprogramowanie firmy Taxus (ryc ). Ryc. 22. Modelowanie terenu (NMT) celem określenia podstawy pnia, od której odliczana jest wysokość 130 cm czyli tzw. pierśnicy [Raport, 2008]. 22

23 Ryc. 23. Pomiary średnicy w kolejnych sekcjach pnia umożliwiają jej określenie na dowolnej wysokości nie tylko na pierśnicy [Raport, 2008]. Innym, równie ciekawym przykładem oprogramowania utworzonego dla celów projektu badawczego ( OCENA PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH ROŚLINNOŚCI KRZEWIASTEJ NA PODSTAWIE DANYCH NAZIEMNEGO SKANINGU LASEROWEGO ) jest aplikacja umożliwiająca szczegółową analizę krzewów wierzbowych (ryc ). 23

24 Ryc. 24. Wizualizacja bryły krzewu przy zastosowaniu grubości segmentu 2 cm i 10 cm [Kałuża i Strzeliński, 2009]. Ryc. 25. Wizualizacja modelu krzewu przy założeniu wysokości walca 2 cm i maksymalnej średnicy gałązki 5 cm [Tymków, 2009]. 24

25 Ocena sprzętu Czego naszemu skanerowi brakuje? Niewątpliwie wbudowanego, precyzyjnego odbiornika GPS, zwłaszcza, że skaner i tak na każdym punkcie pomiarowym stoi od kilku do kilkunastu minut. Dopracowania wymaga także montaż kamery cyfrowej. Mimo, iż element ten był już w kolejnych modelach poprawiany, to ciągle oś optyczna obiektywu nie jest wystarczająco dokładnie zgrana z położeniem diody lasera, co przekłada się m.in. na niedokładności w generowaniu fotorealistycznego modelu 3D. A. Zdjęcie wykonane kamerą Nikona D70 z obiektywem typu fish-eye Nikkor AF DX 10,5 mm f/2.8 G ED. B. Fotorealistyczny model 3D, który powstał w wyniku nałożenia zdjęcia (A.) na chmurę punktów. Ryc. 26. Próba wygenerowania fotorealistycznego modelu 3D na bazie testów wykonanych w 2006 roku w Nadleśnictwie Milicz. Pewną niedogodnością może być możliwość stosowania jedynie dwóch modeli kamer cyfrowych: Nikona D70 lub Nikona D200 (obydwa w zestawie z obiektywem typu fish-eye Nikkor AF DX 10,5 mm f/2.8 G ED). 25

26 Inne oczekiwania użytkownika mogą dotyczyć chyba już tylko mobilności całego zestawu. Sam skaner waży 14,5 kg, ale do tego należy doliczyć jeszcze ciężar kufra, w którym jest przechowywany, czyli ok. 10 kg. Oferowany w zestawie kufer, mimo swojej wagi jest bardzo dobrym rozwiązaniem i bez problemu mieści się w każdym samochodzie osobowym na tylnym siedzeniu! Wagę zestawu uzupełniają: standardowo oferowany statyw geodezyjny (ok. 12 kg), akumulator (ok. 14 kg), walizka z kilami referencyjnymi (ok. 5 kg), notebook (ok. 4 kg) oraz kamera cyfrowa (ok. 3 kg). W sumie daje to niebagatelny ciężar ok. 60 kg! Zasadniczą kwestią jest więc możliwość odchudzenia tego zestawu. Pierwszym krokiem w tym kierunku może być wymiana statywu. Dobrym zamiennikiem wydaje się statyw z włókien węglowych, oczywiście o odpowiedniej nośności (np. Gitzo GT5560SGT Systematic Carbon Tripod, ciężar: 3,41 kg, maksymalne obciążenie: 25 kg). Oszczędzamy już ok. 8 kg. Drugi krok to możliwość zakupu lżejszego 3 kg akumulatora (= spadek wagi o 11 kg). Kolejny element do redukcji wagi to urządzenie sterujące. Oprócz standardowo oferowanego notebooka, FARO umożliwia bezprzewodowe sterowanie laserem za pośrednictwem PDA, jednak parametry tego typu urządzeń nie pozwalają na podgląd wykonanego skanu. Pozostaje więc podłączenie notebooka wydajnego graficznie (wymagana obsługa OpenGL), lecz niewielkiego wagą (ok. 1 kg) z pojemnym akumulatorem (6-8 godz. pracy). Tu oszczędzamy jedynie ok. 2-3 kg. Ale łączny spadek ciężaru całego zestawu to już ponad 20 kg! Wydawać by się mogło, że 40 kg sprzętu może już przemieszczać jedna osoba. Jednak ze względu na wartość zestawu, wskazana jest raczej praca w zespołach dwuosobowych! Podsumowanie Biorąc pod uwagę fakt, że naziemny skaning laserowy pojawił się dopiero kilka lat temu, zaś tempo jego rozwoju przypomina ewolucję rynku komputerów osobistych, należy się spodziewać, że w ciągu najbliższych kilku lat stanie się on podstawowym wyposażeniem jednostek zajmujących się inwentaryzacją stanu i zasobów leśnych. Warto też zaznaczyć, że potencjał, jaki kryje się w możliwościach naziemnego skaningu laserowego może być (i jest ryc ) wykorzystywany do wielu innych dziedzin od archeologii, architektury i budownictwa, poprzez transport do kryminalistyki i filmu! Natomiast w zakresie leśnictwa planuje się w najbliższym czasie przetestować jego możliwości w tworzeniu precyzyjnego modelu terenu na potrzeby projektowania małej retencji oraz do wirtualnych szacunków brakarskich. Ryc. 27. Skaning Auli Uniwersyteckiej w Collegium Minus (Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, lipiec 2007). Ryc. 28. Skaning Hali Zdrojowej w Świeradowie (styczeń 2008). 26

27 Ryc. 29. Skaning Dworku obiekty Wydziału Leśnego Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu (maj 2008). Ryc. 30. Skaning jednego z pomieszczeń Katedry Urządzania Lasu UP w Poznaniu (lipiec 2008). Materiały źródłowe Chojnicki B.H., Urbaniak M., Danielewska A., Strzeliński P., Olejnik J., (2009): Pomiary wymiany dwutlenku węgla oraz biomasy w ekosystemach leśnych - stacja pomiarowa w Tucznie. Studia i Materiały Centrum Edukacji Przyrodniczo-Leśnej. R.11, Zeszyt 2 (21): Kałuża T., Strzeliński P., (2009): Teledetekcyjne narzędzia w badaniach roślinności wysokopiennej do oceny warunków przepływu na terenach zalewowych. Studia i Materiały Centrum Edukacji Przyrodniczo-Leśnej. R.11, Zeszyt 2 (21): Procyk M. (2008): Wybrane przykłady wykorzystania naziemnego skanera laserowego w pracach z zakresu urządzania lasu. Praca magisterska, wykonana w Katedrze Urządzania Lasu, Wydział Leśny, kierunek gospodarka leśna, opiekun: Strzeliński P. Raport końcowy z realizacji tematu Opracowanie metody inwentaryzacji lasu opartej na integracji danych pozyskiwanych różnymi technikami geomatycznymi. Warszawa, Tymków P., (2009): Ocena parametrów geometrycznych roślinności krzewiastej na podstawie danych naziemnego skaningu laserowego. Raport z badań realizowanych w ramach grantu N /2740 w okresie VII II 2009, maszynopis Katedry Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. źródła internetowe Poznań, luty 2010 roku Paweł Strzeliński Katedra Urządzania Lasu Wydział Leśny, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu adres strzelin@up.poznan.pl 27