Kabonen A. V., Gavrilova O. I., Gryazkin A. V., Pak K. A. Assessment of Natural Forest Regeneration After Fire Using Data Obtained with Unnmaned Aerial Vehicle
1 Petrozavodsk State University
Prospekt Lenina, 33, Petrozavodsk, Republic of Karelia, 185086 Russian Federation
2 S. M. Kirov Saint-Petersburg State Forest Technical University
Institutskiy pereulok, 5, St. Petersburg, 194021 Russian Federation
3 «Karellesproekt» Branch of the Federal State Budgetary Institution Roslesinforg
Dzerzhinsky str., 9, Petrozavodsk, Republic of Karelia, 185035 Russian Federation
E-mail: alexkabonen@mail.ru, ogavril@mail.ru, lesovod@bk.ru, pak.ka@roslesinforg.ru
Abstract
UDC 630.2
How to cite: Kabonen A. V.1, Gavrilova O. I.1, Gryazkin A. V.2, Pak K. A.3 Assessment of natural forest regeneration after fire using data obtained with unmanned aerial vehicle // Sibirskij Lesnoj Zurnal (Sib. J. For. Sci.). 2022. N. 2. P. 11–20 (in Russian with English abstract and references).
DOI: 10.15372/SJFS20220202
© Kabonen A. V., Gavrilova O. I., Gryazkin A. V., Pak K. A., 2022
Analysis of the success of reforestation after a fire is the most important task of forestry. For these purposes, in the summer of 2021, aerial photography was carried out from a Phantom 4 pro UAV (Unmanned Aerial Vehicle) of a 15-year-old burnt-out (2006) along the north-western border of the Botanical Garden of Petrozavodsk State University (Republic of Karelia). In addition to this, a full-scale survey was carried out at the registration sites. Before the forest fire, rocky Scots pine (Pinus sylvestris L.) trees grew. The work was carried out in order to assess the state of natural renewal after a fire along rocky outcrops by combining the processing of aerial photography data with field surveys. As a result of photogrammetric processing, an orthophoto map with a spatial resolution of 4.6 cm / pix, a height map and three-dimensional point clouds were reconstructed. To analyze the quantitative distribution of the territory according to the species composition, the trees were pinned on the orthophoto map according to the registration areas of field surveys, as a result of which the quantitative distribution of tree species was determined in the ratio of 64 % Scots pine and 23 % of drooping birch (Betula pendula Roth) (other species were not identified). Field surveys showed that after the fire, a viable young stand of mixed composition with a predominance of Scots pine (71% of the total number of tree species) was formed. In addition to Scots pine, drooping birch (22 %), aspen (Populus tremula L.) and gray alder (Alnus incana (L.) Moench) (3.5 % each) participate in the formation of young stands on this burned-out area. These indicators are consistent with the analysis of the ortho mosaic of the area (the error is less than 10 %). When comparing the height of plants on three-dimensional clouds of points with field measurements, it was possible to reliably determine only the height of plants for a large generally accepted category (> 1.5 m). The maximum height of Scots pine trees in the study area is 6 m, and the average values varied from 3.5 m to 4.5 m, which indicates the success of reforestation after burning on rocky outcrops.
Article
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
Аковецкий В. Г., Афанасьев А. В. Методы и технологии интерпретации аэрокосмических мониторинговых наблюдений лесной растительности // Лесн. вестн. 2020. № 2. С. 29–36 [Akovetskiy V. G., Afanas’ev A. V. Metody i tekhnologii interpretatsii aerokosmicheskih monitoringovykh nablyudeniy lesnoy rastitel'nosti (Methods and technologies for interpreting aerospace monitoring observations of forest vegetation) // Lesn. vestn. (For. Bull.). 2020. N. 2. Р. 29–36 (in Russian with English abstract)].
Белова Е. И., Ершов Д. В. Опыт оценки естественного лесовосстановления на сплошных вырубках по временным рядам Landsat // Лесоведение. 2015. № 5. С. 339–345 [Belova E. I., Ershov D. V. Opyt otsenki estestvennogo lesovosstanovleniya na sploshnykh vyrubkah po vremennym ryadam Landsat (An experience in assessing natural reforestation in clearcut areas using Landsat time series) // Lesovedenie (For. Sci.). 2015. N. 5. Р. 339–345 (in Russian with English abstract)].
Беляева Н. В., Грязькин А. В., Калинский П. М. Точность учетных работ при оценке естественного лесовозобновления // Вестн. Саратов. гос. агр. ун-та им. Н. И. Вавилова. 2012. № 8. С. 7–12 [Belyaeva N. V., Gryaz’kin A. V., Kalinskiy P. M. Tochnost' uchetnykh rabot pri otsenke estestvennogo lesovozobnovleniya (Accuracy of accounting work in the assessment of natural reforestation) // Vestn. Saratov. gos. agr. un-ta im. N. I. Vavilova (Bull. Vavilov Saratov St. Agr. Univ.). 2012. N. 8. Р. 7–12 (in Russian with English abstract)].
Вогель Д. К., Юферев В. Г. Оценка лесных насаждений Волго-Ахтубинской поймы на основе фотограмметрической обработки данных цифровой аэросъемки // Изв. Нижневолжск. агр . ун-тск. комплекса. 2018. № 3 (51). С. 203–209 [Vogel D. K., Yuferev V. G. Otsenka lesnykh nasazhdeniy Volgo-Akhtubinskoy poymy na osnove fotogrammetricheskoy obrabotki dannykh tsifrovoy aeros’emki (Assessment of forest stands of Volga-Akhtuba floodplain based on photogrammetric processing of digital aerial survey data) // Izv. Nizhnevolzhsk. agr. un-tsk. kompleksa (Proc. Nizhnevolzhsk Agr. Univ. Complex). 2018. N. 3 (51). Р. 203–209 (in Russian with English abstract)].
Гаврилова О. И., Колганов Е. С., Пак К. А. Оценка успешности самовозобновления сосны на гари // Лесотех. журн. 2020. Т. 10. №. 4 (40). С. 142–149 [Gavrilova O. I., Kolganov E. S., Pak K. A. Otsenka uspeshnosti samovozobnovleniya sosny na gari (Evaluation of the success of self-renewal of pine in the burnt area) // Lesotekh. zhurn. (For. Engineer. J.). 2020. V. 10. N. 4 (40). Р. 142–149 (in Russian with English abstract)].
Галецкая Г. А., Вьюнов М. В., Железова С. В., Завалишин С. И. Возможности обработки и анализа данных сверхлёгкого БПЛА SenseFly eBee в лесном хозяйстве // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2015. № 4. C. 11–18 [Galetskaya G. A., V'yunov M. V., Zhelezova S. V., Zavalishin S. I. Vozmozhnosti obrabotki i analiza dannykh sverhlyogkogo BPLA SenseFly eBee v lesnom hozyaystve (Data processing and analysis capabilities of SenseFly eBee ultralight UAV in forestry) // Interekspo Geo-Sibir'. 2015. N. 4. Р. 11–18 (in Russian with English abstract)].
Горохова И. Н., Борисочкина Т. И., Шишконакова Е. А. Использование снимков с беспилотного летательного аппарата для оценки экологического состояния почвенно-растительного покрова урбанизированной экосистемы // Бюл. почв. ин-та. 2014. № 74. С. 77–89 [Gorokhova I. N., Borisochkina T. I., Shishkonakova E. A. Ispol'zovanie snimkov s bespilotnogo letatel'nogo apparata dlya otsenki ekologicheskogo sostoyaniya pochvenno-rastitel'nogo pokrova urbanizirovannoy ekosistemy // Byul. Pochv. in-ta (Bull. Soil. Inst.). 2014. N. 74. Р. 77–89 (in Russian with English abstract)].
Грязькин А. В. Патент 2084129 РФ. МКИ С 6 А 01 G 23/00. Способ учета подроста // Бюлл. Роспатента. 1997. № 20. 3 с. [Gryazkin A. V. Patent 2084129 RF. MKI S 6 A 01 G 23/00. Sposob ucheta podrosta (Method for accounting undergrowth). Bull. Rospatent. 1997. N. 20. 3 p. (in Russian)].
Грязькин А. В. Влияние факторов внешней среды на структуру и состояние подроста // Изв. СПб лесотех. акад. Вып. 8 (166). 2000. С. 19–25 [Gryazkin A. V. Vliyanie faktorov vneshney sredy na strukturu i sostoyanie podrosta // Izv. St. Peterburg. lesotekh. akad. (Proc. St. Petersburg For. Engineer. Acad.). Iss. 8 (166). 2000. Р. 19–25 (in Russian with English abstract)].
Дайнеко Д. В. Применение беспилотных летательных систем в лесной отрасли // Применение беспилотных летательных аппаратов в географических исследованиях. Мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск: Ин-т геогр. им. В. Б. Сочавы СО РАН, 2018. С. 59–62 [Dayneko D. V. Primenenie bespilotnykh letatel'nykh sistem v lesnoy otrasli (The use of unmanned aerial systems in the forest industry) // Primenenie bespilotnyh letatel'nyh apparatov v geograficheskih issledovaniyah. Mat-ly Vseros. nauch.-prakt. konf. (The use of unmanned aerial vehicles in geographical studies. Proc. All-Rus. Sci.-Pract. Conf.). Irkutsk: In-t geogr. im. V. B. Sochavy SO RAN (Sochava Inst. Geogr. Rus. Acad. Sci. Sib. Br.), 2018. Р. 59–62 (in Russian)].
Денисов С. А., Домрачев А. А., Елсуков А. С. Опыт применения квадрокоптера для мониторинга возобновления леса // Вестн. ПГТУ. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2016. № 4 (32). C. 34–46 [Denisov S. A., Domrachev A. A., Elsukov A. S. Opyt primeneniya kvadrokoptera dlya monitoringa vozobnovleniya lesa (Experience of using a quadcopter to monitor reforestation) // Vestn. PGTU. Ser.: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie (Bull. Povolzhsky St. Univ. Technol. Ser. For. Ecol. Nat. Manag.). 2016. N. 4 (32). Р. 34–46 (in Russian with English abstract)].
Кабонен А. В., Ольхин Ю. В. Дешифрирование форм и морфологических особенностей древесных растений на снимках, полученных с помощью беспилотных летательных аппаратов // Экосистемы. 2019. Вып. 20 (50). С. 197–202 [Kabonen A. V., Ol'khin Yu. V. Deshifrirovanie form i morfologicheskikh osobennostey drevesnykh rasteniy na snimkakh, poluchennykh s pomoshch'yu bespilotnykh letatel'nykh apparatov (Decryption of the forms and morphological features of woody plants in images obtained with the help of unmanned aerial vehicles) // Ekosistemy (Ecosystems). 2019. Iss. 20 (50). Р. 197–202 (in Russian with English abstract)].
Кабонен А. В., Ольхин Ю. В. Цифровое моделирование природно-ландшафтных комплексов по данным, полученным с помощью беспилотных летательных аппаратов // Лесохоз. информ. 2020. № 3. C. 101–110 [Kabonen A. V., Ol'khin Yu. V. Tsifrovoe modelirovanie prirodno-landshaftnykh kompleksov po dannym, poluchennym s pomoshch'yu bespilotnykh letatel'nykh apparatov (Digital modeling of natural landscape complexes based on data obtained with the help of unmanned aerial vehicles) // Lesokhoz. inform. (For. Inf.). 2020. N. 3. Р. 101–110 (in Russian with English abstract)].
Куликов В. С., Куликова В. В. Докембрийская геология территории ботанического сада // Hortus Bot. 2001. Т. 1. С. 19–24 [Kulikov V. S., Kulikova V. V. Dokembriyskaya geologiya territorii botanicheskogo sada (Before-Cambrian geology on the territory of the botanic garden) // Hortus Bot. 2001. V. 1. Р. 19–24 (in Russian with English abstract)].
Лесовосстановление гари на скалах. 3D Model. Scetchfab, 2022. https://skfb.ly/oqFWB
Никифоров А. А., Мунимаев В. А. Анализ зарубежных беспилотных летательных аппаратов, применяемых в лесном секторе // Тр. лесоинж. ф-та Петрозавод. гос. ун-та. 2010. № 8. C. 97–99 [Nikiforov A. A., Munimaev V. A. Analiz zarubezhnykh bespilotnykh letatel'nykh apparatov, primenyaemykh v lesnom sektore (Analysis of foreign unmanned aerial vehicles used in forestry sector) // Tr. lesoinzh. f-ta Petrozavodsk gos. un-ta (Proc. Fac. For. Engineer. Petrozavodsk St. Univ.). 2010. N. 8. Р. 97–99 (in Russian)].
Осипенко А. Е., Коукал Я., Панин И. А., Иванчина Л. А., Залесов С. В. Опыт применения квадрокоптера для создания трехмерной модели лесных насаждений // Леса России и хозяйство в них. 2017. № 4 (63). C. 16–22 [Osipenko A. E., Koukal Ya., Panin I. A., Ivanchina L. A., Zalesov S. V. Opyt primeneniya kvadrokoptera dlya sozdaniya trekhmernoy modeli lesnykh nasazhdeniy (Experience in using a quadrocopter to create a three-dimensional model of forest stands) // Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh (Forests of Russia and Their Manag.). 2017. N. 4 (63). Р. 16–22 (in Russian with English abstract)].
Петушкова В. Б., Потапова С. О. Мониторинг и охрана лесов с применением беспилотных летательных аппаратов // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2018. № 9. C. 717–722 [Petushkova V. B., Potapova S. O. Monitoring i okhrana lesov s primeneniem bespilotnykh letatel'nykh apparatov (Monitoring and protection of forests using unmanned aerial vehicles) // Pozharnaya bezopasnost': problemy i perspektivy (Fire safety: problems and prospects). 2018. N. 9. Р. 717–722 (in Russian)].
Распоряжение Правительства Российской Федерации от 11 февр. 2021 г. № 312-р «Об утверждении Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации до 2030 года» [Rasporyazhenie Pravitel'stva Rossiyskoj Federatsii ot 11 fevr. 2021 g. № 312-r «Ob utverzhdenii Strategii razvitiya lesnogo kompleksa Rossiyskoy Federatsii do 2030 goda» (Decree of the Government of the Russian Federation of 11 Feb. 2021 N. 312-r «On approval of the Strategy for development of forest complex of the Russian Federation until 2030» (in Russian)].
Скуднева О. В. Беспилотные летательные аппараты в системе лесного хозяйства России // ИВУЗ. Лесн. журн. 2014. № 6 (342). С. 150–154 [Skudneva O. V. Bespilotnye letatel'nye apparaty v sisteme lesnogo hozyaystva Rossii (Unmanned aerial vehicles in the forestry system of Russia) // IVUZ. Lesn. zhurn. (For. J.). 2014. N. 6 (342). Р. 150–154 (in Russian with English abstract)].
Cмирнов А. А., Богачев П. В., Смирнов А. П. Естественное возобновление на вырубках Карелии в связи с плодородием и увлажнением лесной почвы // Изв. СПб. лесотех. ун-та. 2020. Вып. 232. С. 20–32 [Smirnov A. A., Bogachev P. V., Smirnov A. P. Estestvennoe vozobnovlenie na vyrubkah Karelii v svyazi s plodorodiem i uvlazhneniem lesnoy pochvy (Natural regeneration in the clearings of Karelia due to the fertility and moisture of forest soil) // Izv. St. Peterburg. lesotekh. un-ta. (Proc. St. Petersburg For. Engineer. Univ.). 2020. Iss. 232. Р. 20–32 (in Russian with English abstract)].
Фетисова А. А., Грязькин А. В., Ковалев Н. В., Гуталь М. Оценка естественного возобновления хвойных пород на сплошных вырубках в условиях Рощинского лесничества // ИВУЗ. Лесн. журн. 2013. № 6. С. 15–17 [Fetisova A. A., Gryaz'kin A. V., Kovalev N. V., Gutal' M. Otsenka estestvennogo vozobnovleniya hvoynykh porod na sploshnykh vyrubkakh v usloviyakh Roshchinskogo lesnichestva // IVUZ. Lesn. zhurn. (For. J.). 2013. N. 6. Р. 15–17 (in Russian with English abstract)].
Эпов М. И., Злыгостев И. Н. Применение беспилотных летательных аппаратов в аэрогеофизической разведке // Интерэкспо Гео-Сибирь. Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология». Сб. мат-лов в 2 т. Т. 2. 2012. С. 27–32 [Epov M. I., Zlygostev I. N. Primenenie bespilotnyh letatel'nykh apparatov v aerogeofizicheskoy razvedke (The use of unmanned aerial vehicles in airborne geophysical exploration) // Interekspo Geo-Sibir'. Mezhdunar. nauch. konf. «Distantsionnye metody zondirovaniya Zemli i fotogrammetriya, monitoring okruzhayushchey sredy, geoekologiya». Sb. mat-lov v 2 t. (Interexpo Geo-Siberia. Int. Sci. Conf. «Remote methods of Earth sensing and photogrammetry, environmental monitoring, geoecology». Proc. in 2 vols. V. 2. 2012. Р. 27–32 (in Russian with English abstract)].
Dandois J. P., Ellis E. C. Remote sensing of vegetation structure using computer vision // Rem. Sens. 2010. V. 2. Iss. 4. P. 1157–1176.
Neuville R., Bates J. S., Jonard F. Estimating forest structure from UAV-mounted LiDAR point cloud using machine learning // Rem. Sens. 2021. V. 13. Iss. 3. Article N. 352. 18 p.
Uutera J. Impact of regeneration method on stand structure prior to first thinning: Comparative study in North Karelia, Finland vs. Republic of Karelia, Russian Federation // Silva Fen. 1995. V. 29. N. 4. P. 267–285.
