Monitorizarea lucrărilor silvice utilizând tehnologia LiDAR terestră și portalul VIRTSILV

Lucrările silvice de îngrijire și conducere a arboretelor care se aplică în toate stadiile de dezvoltare, asigură dirijarea unui arboret tânăr spre îmbunătățirea funcțiilor ecologice, economice și sociale. Un ciclu pornește de la însămânțare (primul stadiu - semințiș) parcurgând toate etapele până la momentul tăierilor de regenerare (ultimul stadiu - codru bătrân) care duc la repetarea ciclului.

Fig. 1 - Ciclul sustenabil al pădurii

Noi, ca specie, suntem dependenți și atrași de lemn, de aceea exploatarea pădurilor va fi mereu o necesitate. Lemnul este o resursă naturala regenerabilă, ideal pentru susținerea și dezvoltarea indivizilor, a civilizației umane în general, fiind folosit încă din cele mai vechi timpuri ca materie pentru construcții, unelte, arme și materie primă energetică.

  Pădurea ca și întreg, are nevoie de toate stadiile de dezvoltare ca un mozaic, începând cu pădurile tinere și dese, bogate în biodiversitate, până la cele bătrâne și rare. Acest mozaic ne asigură atât recolte egale de lemn cât și habitate optime pentru specii. 

Fig. 2 - Asocierea faunei cu stadiile pădurii

După oceane, pădurile sunt cele mai mari depozite de carbon din lume. Acestea ne oferă servicii ecosistemice care includ:

• absorbția gazelor cu efect de seră;
• furnizarea de apă potabilă;
• protejarea bazinelor hidrografice;
• furnizarea de alimente și medicamente naturiste;
• zona tampon pentru dezastre naturale;
• habitat pentru specii.

De aceea, un management sustenabil trebuie să aibă în vedere atât satisfacerea nevoilor umane pentru lemn ca materiale pentru construcții, hârtie sau mobilier, cât și asigurarea de servicii ecosistemice care păstrează balanța speciilor pădurii.

Rolul managementului silvic este de a îmbunătăți funcțiile pădurii prin adaptarea structurilor orizontale sau verticale, a compoziției actuale, a densității sau consistenței. Stabilirea funcțiilor pădurii se realizează corespunzător obiectivelor ecologice, economice și sociale. Monitorizarea lucrărilor silvice este esențială pentru ca aceste funcții să fie cu adevărat îndeplinite și de aici se naște întrebarea ”Cum să monitorizăm obiectiv lucrările silvice?”

Forest Design folosește scanerele mobile (LiDAR) pentru a monitoriza obiectiv lucrările silvice. Senzorii LiDAR sunt o tehnologie cheie a viitorului și dispun de multe avantaje, de la folosința în locuri greu accesibile până la precizia ridicată de care dă dovadă (rază de acțiune de 100 de metri care culege 300,000 de puncte/secundă).

Fig. 3 - Scanner LiDAR GeoSlam ZEB Horizon

Scanerele laser LiDAR funcționează pe principiul măsurării distanțelor prin iluminarea țintei cu lumină laser și măsurarea reflexiei cu un senzor. Diferențele dintre timpii de întoarcere și lungimile de undă ale laserului pot fi apoi utilizate pentru a face reprezentări digitale 3D ale țintei. Astfel suprafața s-a scanat cu tehnologie LiDAR pentru a se obține mai multe vederi de ansamblu, prezentate în continuare.

Fig. 4 - Principiu scanare LiDAR

Ca și studiu de caz, Forest Design a monitorizat o răritură prin scanări succesive, înainte și după lucrare. Totul a fost posibil cu ajutorul platformei VirtSilv, una dintre aplicațiile produse de compania noastră, care poate identifica și măsura fiecare arbore individual (Fig. 5&6).

Ca și rezultate s-a obținut, în primul rând un timp de lucru foarte scurt comparativ cu metoda clasică. Cu ajutorul scanerului mobil, se poate măsura un hectar de pădure în maxim 30 de minute de către un singur om, operație care în general durează cam 8 ore într-o echipa de minim 3 oameni. În al doilea rând algoritmul de procesare, prin comparația a doua scanări (înainte și după), a identificat și măsurat arborii care au fost extrași.

Fig. 5 - Scanare inițială

Fig. 6 - Scanare după executarea lucrărilor

În România, consistența (indicele de acoperire al solului, gradul de închidere al coronamentului) se folosește ca mijloc de control la aplicarea operațiunilor culturale. Dacă intensitatea pe număr de arbori, pe suprafață de bază sau pe volum indică cât se poate extrage la fiecare intervenție, consistența stabilește limita până la care se pot efectua extrageri și se poate rări arboretul. În arboret s-au identificat 1535 de arbori/ha din care s-au extras 392 arbori/ha, care poate fi văzută ca o intervenție de intensitate ridicată, dar din punct de vedere al consistenței, lucrarea nu are un impact puternic. De la o vedere de sus, consistența trece de la plină (K=1,0), la o consistență aproape plină (K=0,9).                    

Fig. 7 - Vedere de sus, înainte și după intervenție

Compoziția arboretului care este reprezentată prin proporția de participare a speciilor în alcătuirea arboretului, nu a fost modificată semnificativ, chiar dacă s-a extras un număr mare de arbori, aceștia aveau diametre și implicit volume mici. Influența intervenției, care aparent este una intensivă, nu impactează considerabil structura arboretului, după cum se poate observa în figura 8.

Fig. 8 - Vedere din profil,  înainte și  după intervenție

În acest caz lucrarea silvică a reprodus un fenomen de eliminare naturală, deoarece mulți arbori extrași s-ar fi uscat și ar fi rămas în pădure, impactând negativ mediul prin eliminarea de dioxid de carbon, caracteristică a lemnului mort.

Prin analiza comparativă a norilor de puncte (înainte și după intervenție) într-un mod automat, independentă de acțiunea umană, cu algoritmi specifici care au la bază inteligența artificială, rezultă o vedere de ansamblu obiectivă asupra lucrărilor silvice realizate, sprijinind managementul silvic în fundamentarea deciziilor (Fig. 9&10).

Fig. 9 - Suprafața scanată cu arborii care existau și au rămas (albastru) și cei care existau și au fost extrași (roșu)

Fig. 10 - Vedere de ansamblu a arborilor extrași (roșu)

Portalul VIRTSILV generează un raport cu următoarele rezultate:

• pentru fiecare arbore din scanările individuale poziția x, y, z, diametrul de bază (1.30 m) și înălțimea, volumul unitar și grupa de specii (rășinoase / foioase);
• pentru fiecare arbore extras poziția x, y, z, diametrul de bază și înălțimea, volumul unitar și grupa de specii (rășinoase / foioase).

Fig. 11 - Suprafață scanată și procesată în VirtSilv înainte de intervenție

Fig. 12 - Suprafață scanată și procesată în VirtSilv după intervenție

Portalul VirtSilv prin procesele pe care le execută poate să eficientizeze procesul de sortare al masei lemnoase, trimițând fiecare segment de fus către clienți individuali, în funcție de nevoi. Se poate realiza o bună trasabilitate a lemnului, unde, încă din pădure se va cunoaște clientul final pentru partea respectivă de arbore.

Fig. 13 - Sistem Trasabilitate Forestieră VirtSilv