Morgondagens skogliga planerare – en drönare?

Bakgrund

Skoglig planering sker idag inför alla skogliga åtgärder som gallring och slutavverkning, cirka 80 000 områden årligen. Skogen besöks i fält, mäts och bedömningar av hänsynstaganden och olika drivningsförhållanden genomförs och dokumenteras. Industrin i form av sågverk och massabruk ställer högre krav på detaljerade data om råvaran, skogens produkter. Exempelvis beställer sågverken stockar med tydliga krav om diameter och längd. Det ställer krav på en ökad råvarustyrning och bättre data om skogen i förväg. Utmaningen handlar då om att på ett effektivt sätt genomföra datainsamlingen för att beskriva skogen.

Fjärranalys har de senaste fem åren revolutionerat skogsbruket och dess planering. Flygburen laserskanning har kommit till stor nytta. Detaljerade markfuktighetskartor används i skogsmaskiner för att minska markpåverkan och precisa skattningar av virkesvolym och trädhöjder finns tillgängliga för alla från Skogsstyrelsen. De senaste åren har lätta mobila laserskanners provats i skogen och kan mäta den med hög noggrannhet.

Dagens arbete med drönare i skogliga miljöer utförs ovanför trädens toppar där den nyttjats till bärare för olika typer av sensorer och kameror. Exempelvis ger högupplösta bilder bra underlag för inventeringar eller uppföljningar av olika skogliga åtgärder, som för uppföljning av körskador efter en avverkning. Den ger dock ingen detaljerad beskrivning av skogen.

Idé från Designhögskolan

Under 2016-2017 genomförde Skogforsk ett samarbete med Designhögskolan i Umeå. Studentarbeten på temat Morgondagens Planerare genomfördes genom besök hos skogsföretag och kreativt studentarbete. Flera av förslagen från studenterna använde en drönare för datainsamling som inte bara flyger ovan träden utan även inne i skogen för att mäta trädslag, stamantal och stamdimensioner.

En drönare som kan navigera inne i skogen med möjlighet att bära en mobil laserskanner för att mäta skogen skulle kunna revolutionera arbetet med skoglig planering. Andra tillämpningar som ökar samhällsnyttan kan vara inomhusnavigering eller automatiserad datainsamling över täkter eller infrastruktur.

Projektet syftade till att effektivisera skoglig datainsamling genom att demonstrera en drönare som själv navigerar bland träden inne i skogen med möjlighet för datainsamling av olika påmonterade sensorer.

Film från FOI.

Lösning

Filmen visar hur drönaren orienterar sig mellan träd (representerade av flytkorvar av skumplast för att drönaren inte ska gå sönder vid kollision) mot målet. I högra hörnet syns rörelsebanan där hindren växer fram som svarta ellipser. Raka vägen till målet visas som brun linje medan övriga linjer beskriver aktuell bana. En alternativ kurs väljs när hinder är i vägen.

Projektets utmaningar är autonom positionering, att undvika kollisioner och navigering i realtid. Realtidsoperation är ett grundkrav för att systemet skall kunna fungera i praktiken.

En säker och noggrann positionering av drönaren i skogsmiljön behöver uppnås som inte förlitar sig på GNSS (Global Navigation Satellite Systems).

Att undvika kollision är nödvändigt dels ur drönarens perspektiv och dels för säker användning gentemot omgivningen. 

Utifrån ett antal randvillkor ska drönaren kunna navigera (framföras) halvautonomt. En grundförutsättning för navigering är att positioneringen är korrekt, noggrann och uppnås i realtid. Randvillkoren är en planerad rutt (brytpunkter) och de träd och andra hinder som upptäcks. Under framförandet skall drönaren följa brytpunktsbanan med små avvikelser för träd och andra hinder (buskar, grenar, stenar) och vid behov kunna backa och ta en näraliggande, alternativ väg.

Prototypsystemet byggdes med fyra RealSense stereokameror som monterades åt olika håll för god översikt av hinder. En dator (Nvidia Jetson) monterades på drönaren som kunde bearbeta insamlade data och navigera mellan hindren. Tröghetsnavigering användes för att inte behöva lita på någon GNSS-uppkoppling.

Vidare utveckling

Andra projekt på Skogforsk har visat på möjligheten att samla in träddata med mobila laserskanners. Samma utrustning skulle kunna monteras på drönare och mätnoggrannheten utvärderas. Samtidigt finns fler utvecklingsområden som förbättrad planering och styrning av den autonoma drönaren, men även att dra nytta av GNSS positionering när det går. Steg mot en produktifiering är batterier för längre flygtid, men även ökad driftsäkerhet och användarvänlighet. Det finns även legala aspekter att hantera som flygning utom synhåll och säkerhetsfrågor för allmänheten. Projektet har rönt intresse från flera håll vilket säkert påskyndar framtagandet av en planeringsdrönare som kommersiell tjänst.