SE1250637A1 - Skogsmaskinssimulator - Google Patents

Abstract

Förfarande, programvaruprodukt och anordning för att bestämma åtminstone en egenskap av ett simulerat trädbestånd, vid vilket förfarande man väljer från det simulerade trädbeståndet en trädmängd och bestämmer från den valda trädmängden åtminstone en egenskap av trädmängden. I förfarandet uppskattas åtminstone en egenskap av det simulerade trädbeståndet genom att välja åtminstone en bestämd egenskap av den valda trädmängden.Fig. 8

Description

15 20 25 30 35 kan fås från en verklig skog. Man behöver alltså förfaranden för att underlätta detta problem.

Kort sammanfattninq av uppfinninqen För att uppnå syftet med uppfinningen kännetecknas det uppfinningsenliga förfarandet av det som skall presenteras i den kännetecknande delen av patentkrav 1. Den uppfinningsenliga anordningen kännetecknas av det som skall presenteras i den kännetecknande delen av patentkrav 14.

Syftet med en skogsmaskinssimulator som fungerar enligt uppfinningens olika utföringsformer är att lära simulatoranvändaren mätningsmetoder som behövs i skogsbruk på ett lätt absorberbart sätt. Simulatorn kan till exempel märka stämplingsposter som bestämts av användaren i den simulerade användningsmiljön genom att fästa virtuella stämplingsband i träd i simule- ringsmiljön. Simulatorn kan visa användaren en i den virtuella skogen märkt cirkelrund försöksyta för att underlätta räkning och åskådliggörande av träd på försöksytan. Simulatorn kan också visa användaren mätdon som skall användas för uppskattning av trädbeståndet, såsom till exempel ett relaskop, så att användaren kan lära sig använda dess mätdon i en virtuell skog.

Enligt ett första karakteristiskt drag av uppfinningen presenteras ett för- farande för att bestämma minst en egenskap av trädbeståndet, i vilket för- farande man väljer från det simulerade trädbeståndet en trädmängd, bestämmer från den valda trädmängden minst en egenskap av trädmängden, och uppskattar minst en egenskap av det simulerade trädbeståndet genom att använda sagda minst en bestämd egenskap av den valda trädmängden. I uppfinningen kan man också bara välja en trädmängd från det simulerade trädbeståndet och bestämma från den valda trädmängden minst en egen- skap av trädmängden utan att uppskatta egenskapen hos det hela träd- beståndet.

Trädmängden är en delmängd av det simulerade trädbeståndet, och träd- mängdens egenskap kan bestämmas genom kalkylering och/eller genom att hämta från datorminnet delmängdens egenskap eller egenskaper, eller egenskapen eller egenskaper av träd/stammar som hör till delmängden. 10 15 20 25 30 35 Bestämningen kan även göras minst delvis utgående från användarens åtgärder, till exempel mätningar som utförts av användaren. Från trädmäng- dens egenskap kan man uppskatta minst en egenskap av trädbeståndet.

Uppskattningen kan utföras genom att räkna från trädmängdens egenskap minst en egenskap av trädbeståndet, eller genom att estimera trädbestån- dets egenskap statistiskt utgående från minst en egenskap som bestämts på trädmängden.

Det är också möjligt att välja flera trädmängder och att estimera minst en egenskap av trädbeståndet i en av dem.

Enligt en utföringsform omfattar uppskattningen bildning av ett statistiskt esti- mat på minst en egenskap av det simulerade trädbeståndet genom att använda minst en bestämd egenskap av den valda trädmängden. Enligt en utföringsform avgränsas ett område av simuleringsmiljön som nämnda träd- mängd på basis av en inmatning från användaren, såsom en inmatning med datorns pekdon. Enligt en utföringsform väljs en cirkelformig försöksyta från simuleringsmiljön och bestäms minst en egenskap av trädmängden på den valda cirkelformiga försöksytan. Enligt en utföringsform i förfarandet förses simuleringsmiljöns användargränssnitt med ett virtuellt verktyg, vars funktion i simuleringsmiljön liknar funktionsprincipen av ett relaskop. Enligt en utfö- ringsform i förfarandet förses simuleringsmiljöns användargränssnitt med en siktskåra av ett virtuellt verktyg, rörs sagda siktskåra i simuleringsmiljöns horisontella plan i den simulerade vyn, betraktas bredden av trädstammar som syns genom siktskåran i simuleringsmiljöns användargränssnitt relativt bredden av siktskåran, och bestäms på basis av sagda betraktande, om det respektive trädet som syns i siktskåran i den simulerade vyn tillhör sagda trädmängd. Enligt en utföringsform bestäms egenskapen av trädbeståndet matematiskt genom att använda en koefficient av det virtuella verktyget, vil- ken anger förhållandet mellan bredden av siktskåran i det virtuella verktyget och tvärsnittsytan av trädbeståndet som utgör föremålet för beräkningen i simuleringsmiljön. Enligt en utföringsform i förfarandet visas sagda minst en egenskap av sagda trädmängd i simuleringsmiljöns användargränssnitt.

Enligt en utföringsform omfattar egenskapen av trädbeståndet minst en av de följande: antalet stammar i trädbeståndet, trädbeståndets genomsnittliga tät- het, variation i trädbeståndets genomsnittliga täthet, trädbeståndets totala volym på försöksytan, trädbeståndets totala volym per hektar, trädbeståndets 10 15 20 25 30 35 volym på timmerstockar på försöksytan, trädbeståndets volym på timmer- stockar per hektar, trädbeståndets volym på pappersved på försöksytan, trädbeståndets volym på pappersved per hektar, trädbeståndets genomsnitt- liga längd, trädbeståndets genomsnittliga diameter, trädbeståndets bottenyta per hektar, och antalet krokiga stammar på försöksytan. Enligt en utförings- form omfattar trädbeståndet minst ett träslag, och trädbeståndets egenskaper visas grupperade enligt träslag i simuleringsmiljöns användargränssnitt.

Enligt en utföringsform i förfarandet mottas från användaren en signal av ett pekdon, såsom en mus, för att bestämma referenspunkter i den simulerade terrängen, och med hjälp av punkterna räknas bredden på eller mellanrum- met mellan den simulerade skogsmaskinens körstråk. Enligt en utföringsform i förfarandet ges användaren av skogsmaskinssimulatorn en inlärnings- uppgift, och jämförs den av simulatorn registrerade användarprestationen med den givna inlärningsuppgiften.

Enligt ett andra karakteristiskt drag av uppfinningen presenteras en program- varuprodukt som är lagrad i ett med en dator avläsbart medium och kan utfö- ras med en processor och omfattar en i en dator utförbar programkod som är anordnad att verkställa uppfinningens första karakteristiska drag eller ett för- farande enligt en utföringsform av den när programkoden utförs med proces- sorn. Programvaruprodukten kan alltså användas i en skogsmaskinssimula- tor eller i en universaldator eller i en egentlig skogsmaskin. Programvaru- produkten kan vara modulär och anordnad/distribuerad på flera olika datorer.

Enligt ett tredje karakteristiskt drag av uppfinningen presenteras en anordning som omfattar styrdon för styrning av en simulerad skogsmaskin genom att motta styrinmatning från användaren samt för producering av styrsignaler för styrning av anordningen, bearbetningsdon för behandling av sagda styrsignaler, skärmmedel för visning av en simulerad skogsmiljö, och en datorprogramkod för utförandet av ett förfarande enligt uppfinningens första karakteristiska drag eller dess någon utföringsform, när programkoden utförs med sagda bearbetningsdon. Enligt en utföringsform är anordningen en skogsmaskinssimulator, en universaldator eller en skogsmaskin. Anord- ningen omfattar alltså medel för producering av en skogsmaskinssimulering, och den kan användas till exempel vid undervisning av skogsarbetsmetoder. 10 15 20 25 30 35 Beskrivning av ritningar Figurer 1a och 1b visar skogsmaskinssimulatorer enligt uppfinningens några utföringsformer.

Figur2 visar en skogsmaskinssimulator enligt en utföringsform av uppfin- ningen i ett blockschema.

Figur 3 visar en vy till ett terrängskapningsprogram enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur4 visar en vy av en övning i en simuleringsmiljö enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 5 visar en vy av en övning i en simuleringsmiljö enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 6 visar en vy av en cirkelformig försöksyta i en simuleringsmiljö enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 7 visar ett mätdon i en simuleringsmiljö enligt en utföringsform av upp- finningen.

Figur 8 visar ett blockdiagram för bestämning av egenskaper av en virtuell skog med ett förfarande enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 9 visar ett blockdiagram för bestämning av egenskaper av en delmängd i en virtuell skog med ett förfarande enligt en utföringsform av uppfinningen.

Beskrivningg/ uppfinningen i detali l det följande skall några utföringsformer av uppfinningen beskrivas närmare.

Uppfinningen gör det möjligt att åskådliggöra och undervisa i en virtuell skog saker som hänför sig till skogsbruk samt att undervisa saker som hänför sig 10 15 20 25 30 35 till uppföljning av kvaliteten på arbetsresultatet som behövs vid förarunder- visning.

Till saker som skall undervisas med förfarandet enligt uppfinning hör till exempel uppskattning av drivningsresultatet på gallringsarbete. Drivnings- resultatet, dvs. tillståndet av trädbeståndet och marken i skogen efter driv- ningen, påverkas av arbetsmaskinförarens åtgärder vid styrning av arbets- bommen och körning av den själva anordningen i terrängen. Delområden som betraktas vid uppskattning av drivningsresultatet är skador i trädbestån- det, avtryck i skogsmaskinens körstråk, mellanrummet mellan körstråk, bred- den på körstråk, intensiteten på gallring av trädbeståndet, variationer i tät- heten av det kvarstående trädbeståndet, och val av trädslag. Eftersom utfö- randet av gallring är beroende på myndighetsbestämmelser och utföraren av gallringar kan ställas juridiskt till svars för områden som gallrats på fel sätt, är det i praktiken inte möjligt att öva utförandet av gallringar i en verklig skog.

Simulering gör det också möjligt att använda flera upprepningar till skillnad mot utförandet av en verklig gallring på en gång.

Så att utförandet av gallring i simuleringsmiljön skulle motsvara gallring av en verklig skog så noggrant som möjligt, är avsikten att hålla terminologin som används och användarens metoder att uppskatta sin miljö likadana obero- ende därav om gallringen skall utföras i en verklig eller simulerad skog.

Termen trädbestånd avser träd i en skog eller i en del av en skog som består av ett eller flera trädslag. Från trädbeståndet kan man åter genom stämpling, dvs. genom täljning med en yxa, målning eller märkning med ett fiberband, välja en mängd av träd som kallas en stämplingspost. En för gallring typisk storhet, nämligen gallringsintensitet, avser tätheten av trädbeståndet som skall växas efter huggning. För gallringsintensitet har utvecklats numeriska modeller som bestämmer en måltäthet för det efter huggningen kvarblivande trädbeståndet som skall växas, enligt trädbeståndets längd och den genom- snittliga brösthöjdsdiametern. Uppskattning av gallringsintensiteten är en fär- dighet som är omöjligt för användaren av simulering att beräkna direkt från data som bildas i förbindelse med skapningen av simuleringsmiljön. l uppfin- ningen har man märkt att utveckling av uppskattningskunskapen i en simule- ringsmiljö förutsätter att simuleringsmiljöns funktioner bearbetas så att de 10 15 20 25 30 35 uppskattningsmetoder som används i förbindelse med det verkliga skogs- bruket blir möjliga även i simuleringsmiljön. Man har alltså noterat att det inte räcker till att visa användaren skogs- och trädbeståndsdata som är redan lätt och exakt tillgängliga från simulatorn för att få det bästa inlärningsresultatet, utan att ett bättre inlärningsresultat uppnås oväntat genom att presentera uppskattnings- och mätningsmetoderna för användaren i simulatormiljön.

Figurer 1a och 1b visar några utföringsformer av en skogs- eller arbets- maskinssimulator enligt uppfinningen. Med simulatorn kan undervisas kun- nigheter som behövs för att föra och manövrera en verklig Skogsmaskin.

Verkliga Skogsmaskiner är dyra, och inlärningen av deras användning måste göras i en verklig skog. När en skogsmaskin är i övningsbruk, kan den inte användas för produktivt arbete, varvid maskinen inte heller amorterar sina anskaffningskostnader. Skogsförhållanden kan också vara utmanande för inlärningen, och fel i en undervisningssituation är ofta icke korrigerbara. För säkerhets skull och på grund av begränsningar som sätts av storleken av skogsmaskinens förarhytt kan manövrering av en verklig skogsmaskin också undervisas för bara en elev åt gången. Bland annat av dessa skäl har man för undervisningsändamål konstruerat simulatorer såsom visats i figurer 1a och 1b.

En skogsmaskinssimulator enligt en utföringsform omfattar simulatorstyrdon 110 och 112. Dessa styrdon liknar styrdon av en verklig skogsmaskin, eller de kan också vara styrkomponenter av en verklig skogsmaskin. Sammaledes kan simulatorns säte 120 vara ett säte som används i en verklig skogs- maskin. Simulatorlogik 130 är monterad i förbindelse med anordningen, till exempel under sätet. Simulatorns skärm 140 kan vara en vanlig dataskärm.

Utöver dataskärmen kan också en skärm av en verklig skogsmaskin vara kopplad till simulatorn på så sätt att data som produceras av simulatorlogiken om funktionen av den simulerade skogsmaskinen visas på skogsmaskin- skärmen. Sagda styrdon, skärmkomponenter och styrkretsar som hänför sig till dessa utgör maskinvaran av användargränssnittet för simulatormiljön.

Simulatorn kan fungera på så sätt att styrdonen och styrkretsarna är kopp- lade till simulatorlogiken så att de får från simulatorlogiken 130 samma sig- naler som de skulle få från en verklig skogsmaskin. Simulatorlogiken 130 alltså modellerar funktionen av en verklig skogsmaskin och genererar 10 15 20 25 30 35 respektive signaler till styranordningarna. På så sätt motsvarar användarens erfarenhet i skogsmaskinssimulatorn, med avseende på styrningen, använd- ningen av en verklig skogsmaskin. De i simulatorprogrammet programme- rade användargränssnittskomponenterna kompletterar simulatorns använ- dargränssnitt som en fungerande helhet. Användaren ser ett simulerat skogslandskap på skärmen 140. Simulatorn kan vara lätt rörlig med hjälp av handtag 150 och hjul 152.

En skogsmaskinssimulator såsom visats i figurer 1a och 1b kan användas vid undervisning av arbetsmetoder i skogsbruk. Skogsbruk och skogsskötsel omfattar många koncepter och förfaranden, för vilka det inte finns medel att förbättra deras förståelighet och visualisering i en verklig terräng. l sådana falla erbjuder simuleringsmiljön ramen för en virtuell verklighet för att visa sådan vidgad information. Dessutom kan information som hänför sig till en övning i simuleringsmiljön, såsom syftet med övningen och instruktionerna som hänför sig till dess utföring, visas på skärmen under övningen för perso- nen som skall lära sig, ifall han/hon av något skäl har glömt uppdraget. Med simulatorn kan man åstadkomma en mycket realistisk inlärningsmiljö, såsom man kan döma av anordningarna i figurer 1a och 1b. Simulatoranordningen kan t.o.m. ha ett startsystem 160 såsom en verklig skogsmaskin, med en tändnyckel, en pedal 170 och ett manuellt styrdon 112.

Från simulatorn kan man således erhålla mycket information som inte är till- gänglig i en verklig skogsmiljö. Noggranna data om den simulerade skogen, data om stämplingsposten och t.o.m. data om enskilda träd kan lätt hämtas från simulatorns minne för att visas för användaren. Å andra sidan är vyn i simulatorn tydligt mera begränsad än i naturen - i naturen kan användaren betrakta skogen överallt runtomkring sig bara genom att vända huvudet, medan ett sådant betraktande i simulatormiljön förutsätter en förändring i blickvinkeln eller blickriktningen. l simulatormiljön finns det alltså mera information tillgänglig än i naturen, men den visuella skogsvyn är mera inskränkt än i naturen.

Figur2 visar en skogsmaskinssimulator enligt en utföringsform av uppfin- ningen i ett blockdiagram. Styrdonet 210 kan omfatta till exempel styrdon 215 och styrlogik 218, med vilka man åstadkommer maskinens styrsignaler. Styr- 10 15 20 25 30 35 donen 215 kan vara lika styrdon som används i en verklig skogsmaskin och förvandlade att vara enklare än verkliga skogsmaskinstyrdon, eller till exem- pel styrdon som är avsedda för att styra en vanlig dator. Styrdonen används både för att köra skogsmaskinen till en begärd terrängpunkt i simulerings- miljön och för manövrering av en till skogsmaskinen kopplad arbetsbom i en arbetsplats. Till arbetsbommen kan vara kopplad till exempel ett skördar- aggregat, en gripare för virke, en planteringsanordning, en balningsanordning eller något annat arbetsredskap. Styrlogiken 218 kan omfatta mikrokretsar och/eller en programmerbar processor, såsom en mikroprocessor, som använder tidgivare och reläer, vilka genererar signaler från rörelsen av styrdon som manövreras av användaren. Gränssnittet mellan styrdonet 210 och simulatorn 240 kan vara det samma eller till stor del likna gränssnittet som finns mellan styrdonet av en verklig skogsmaskin och de själva utförande komponenterna av skogsmaskinen. Simulatorn 240 är kopplad till styrdonet 210 med signalledningar. För bearbetning av signaler i ledningen är simulatorn försedd med en I/O krets 241. Simulatorn kan också vara försedd med ett inmatningsblock 242 för mottagning av inmatningar från användaren med hjälp av t.ex. en mus eller tangenter. Simulatorn omfattar en processor 245 och ett minne 246, vilka används för utföring och lagring av en programkod som verkställer simulatorn. Simulatorn kan också omfatta flera processorer, såsom t.ex. en processor för uppgifter som hänför sig till simulatorns funktion i allmänhet samt en processor för uppgifter som hänför sig till visning av grafik. I simulatorn kan också finnas flera olika typer av min- nen som används, såsom ett minne av obeständigt minnestyp för att använ- das för lagring av data och programvaror under körningen, och beständiga minnen, såsom flash- och hårddiskminnen, för långtidslagring av program- koder. Vidare kan simulatorn omfatta ett videostyrdon 248 och ett audiostyr- don 249, vilka kan användas för att generera video- och audiosignaler genom användargränssnittets utlopp 270 för att förnimmas av simulatorns använ- dare. l en utföringsform enligt uppfinning kan flera simulatorer kopplas till varandra över en trådlös eller trådbunden nätförbindelse. I ett sådant arrangemang kan den första och den andra simulatorn vara sammankopplade med en dataförbindelse på så sätt att den andra simulatoranordningen kan sända information till den första simulatoranordningen, och den första simulator- 10 15 20 25 30 35 10 anordningen kan visa denna information för användaren eller använda sagda information vid modellering av sin egen simuleringsvy. Till exempel skogs- maskinen som simulerats av den andra simuleringsanordningen kan visas som en aktör i reell tid i den simulerade miljön av den första simulerings- anordningen.

Videostyrdonet 248 kan kopplas till en skärm 275. Skärmen kan vara till exempel en panelskärm eller en videoprojektor. Skärmen kan också tillpas- sas en klädbar videoskärm. Simulatorns audiostyrdon 249 kan vara kopplat till en ljudkälla 278, såsom till exempel högtalare eller en hörlur.

I en utföringsform av uppfinningen skapas stämplingsposterna i terrängen med ett terrängskapningsprogram enligt figur 3. Med terrängskapnings- programmet kan i simuleringsmiljön skapas hurdant trädbestånd som helst, men dessutom kan trädbeståndet (300) i stämplingsposten modifieras vidare efter avgränsningen av stämplingsposten. Med en trädskapningsknapp 304 kan man tillägga träd en stam åt gången på den avgränsade stämplings- posten, bestämma längd-, volym- och formfaktorer för den tillagda stammen, och även avlägsna träd från stämplingsposten. Avgränsning av stämplings- posten sker i terrängskapningsprogrammet t.ex. genom att rita med ett pek- don, såsom en mus, en gräns 302, innanför vilken stämplingsposten i övningen bildas. l terrängskapningsprogrammet visas även situationen av den respektive stämplingsposten med avseende på antalet träd och träd- beståndets volym 306. Terrängskapningsprogrammet erbjuder ett smidigt användargränssnitt för modifiering av simuleringsmiljön, varvid övningsmiljön kan beredas att motsvara behoven av personen som skall utbildas.

En fördel med uppfinningen är ju att gå igenom en exakt simulering som beskriver området som skall gallras före man börjar gallringen av ett föremålsområde med känsliga naturvärden. Även erfarna skogsmaskinförare drar nytta av övning i gallringsstrategi, när man kan gå igenom olika gallringsmöjligheter på förhand för att finna det bästa alternativet.

Figur4 visar en vy av en övning som kan sättas igång i en simuleringsmiljö.

Figuren visar en av datorn skapad gräns av stämplingsposten märkt i träden med färgade ringar 400 enligt den valda färgen. De med färgade ringar 10 15 20 25 30 35 11 märkta gränsträden av stämplingsposten ingår inte i stämplingspostens träd- bestånd. Vidare syns i övningsterrängen en av datorn skapad signaikäpp 402 vid den punkt där ritningen av stämplingspostens gräns börjades.

Under körning i övningen kan man med pekdonen bringa data om träd- beståndet i det pekade området samt saker som hänför sig till utföring av simulatorövning till gränssnittet av simuleringsmiljön. Till gränssnittets vy kommer namnet 404 på den valda stämplingsposten, vilket är förknippat med signalkäppen 402. Kolumnen "I början” 406 i vyn betecknar stämplings- postens situation innan trädbeståndet har blivit upparbetat i simulatorvärlden.

I kolumnen ”Nu” 408 visas gallringssituationen i reell tid, varav framgår arbetets fortskridning på stämplingsposten. Från kolumnen "Nu" ser man också gallringens slutresultat med avseende på det kvarblivande växande trädbeståndet efter det hela området har blivit upparbetat. Simulatorn visar användaren alltså mycket exakta data om den stimulerade skogen och stämplingsposten i reell tid - till och med i jämförelse med situationen före gallringen. Sådan information har användaren inte till sitt förfogande i en verklig skog.

I en simulatorövning kan det finnas flera avgränsade stämplingsposter, och stämplingsposterna kan också vara innanför varandra. På så sätt kan man skapa stämplingsposter som innefattar flera sektorer. I simulatorvyn kan man då se information om trädbeståndet samt om den hela stämplingsposten och om en enskild sektor.

I simuleringsmiljöns användargränssnitt kan man växla vyn med ett selekteringsverktyg, till exempel med en rullista som är visad öppnad i figur 5. Den i figur5 visade symbolmenyn 500 används för att välja en i simuleringsmiljön skapad stämplingspost. I listan kan man välja vilken som helst i simuleringsmiljön skapad stämplingspost. I rullistan 502 väljer man stämplingspostens trädslag som man vill betrakta. I figur5 är rullistan 502 öppnad, och listan visar de olika trädslag som skapats i simuleringsmiljön. I simulatorn är det alltså möjligt att betrakta t.o.m. egenskaper av enskilda trädslag på en bestämd stämplingspost. Det är alltså mycket lätt för användaren att betrakta skogens egenskaper i simulatorn. 10 15 20 25 30 35 12 Kolumnerna ”l början” och ”Nu” som visats i figurer 4 och 5 listar mätbar information om den märkta stämplingsposten vid ställen 410 och 504. Data- enheterna betecknar trädbeståndets egenskaper på den märkta stämplings- posten. Om ett bestämt trädslag är valt i trädslagmenyn, ger vyn information med avseende på detta trädslag. Om alla trädslag är valda, ger vyn egen- skaperna av det hela trädbeståndet i stämplingsposten.

Sådana egenskaper av trädbeståndet är t.ex. antalet stammar i trädbestån- det på stämplingsposten, trädbeståndets genomsnittliga täthet, variation i trädbeståndets genomsnittliga täthet i området, trädbeståndets totala volym på den märkta stämplingsposten, den från detta numeriskt härledbara informationen om trädbeståndets totala volym per hektar, trädbeståndets volym på timmerstockar på den märkta stämplingsposten, den från denna numeriskt härledbara volymen på timmerstockar per hektar, trädbeståndets volym på pappersved på den märkta stämplingsposten, och den från denna numeriskt härledbara volymen på pappersved per hektar. Vidare om träd- beståndet på den märkta stämplingsposten finns det data om trädbeståndets genomsnittliga längd, trädbeståndets genomsnittliga diameter, trädbestån- dets bottenyta t.ex. vid brösthöjd, och antalet krokiga stammar i det valda området.

Alla dessa data kan vara relevanta gallringsparametrar, när det begärda slut- resultatet är en gallrad skog som producerar tillräckligt voluminöst trämaterial av hög kvalitet för att användas i skogsindustri även under de kommande åren. Från de naturliga parametrar som betecknar skogens växt, faktorerna som påverkar gallringens lönsamhet, och mängden av avkastning som man begär som naturtillgång från skogen kan man beräkna matematiska modeller, vilka kan optimeras för att finna det rätta förhållandet mellan träd som skall kapas och träd som skall lämnas i skogen. För kontinuerlig avkast- ning av skogen är det viktigt att det finns kontinuerligt träd i olika växtfaser i skogen. Ett mål av gallringshuggningar är att försäkra att den här saken rea- liseras i den odlade skogen.

Dessa data bestämmer alltså miljön av skogsmaskinssimulering, och de är tillgängliga redan vid tidpunkten när simuleringen skapas. I det verkliga livet är dock informationen som man erhåller om skogen mycket mera begränsad 10 15 20 25 30 35 13 och begränsad på sinnesförnimmelser. Tillämpning av denna information år beroende på hur personen som gör förnimmelser förstår skogsmätningens principer. Även om simuleringsmiljön alltså kan erbjuda information om det simulerade trädbeståndet med hög precision, är sökning av information om simuleringsmiljön i sådan form att den skulle stöda användarens inlärning och tillämpning av den inlärda skogsuppskattningsmetoden i en verklig skog inte entydigt.

I uppfinningen har man märkt att det även i simuleringsmiljön är oväntat nöd- vändigt att använda uppskattningsmetoder och arbetssätt som är tillräckligt likadana med metoder för uppskattning av en verklig skog. Fastän mycket information om trädbeståndet i föremålsområdet alltså år tillgänglig i simula- torn direkt från datorns minne, har man i uppfinningen märkt att det är viktigt att kunna öva också mätning av trädbeståndets egenskaper och användning av dessa mätningsresultat vid handledning av dessa arbetsmetoder. För detta ändamål har man konstruerat alternativa sätt att bestämma trädbestån- dets egenskaper i simulatorn. I dessa alternativa sätt hämtas data inte direkt från simulatorns minne, utan trädbeståndets egenskaper kan bestämmas t.ex. genom att använda olika uppskattningsmetoder. I dessa uppskattnings- metoder kan trädbeståndets egenskaper uppskattas från en trädmängd som en delmängd av trädbeståndet. Användaren kan välja trädmängden, och från trädmängden kan man då räkna trädmängdens egenskaper. Dessa egen- skaper av trädmängden kan användas vid uppskattning av trädbeståndets egenskaper, dvs. från en mindre trädmängd kan man härleda egenskaper av ett större trädbestånd.

Ett sätt att uppskatta skogens trädbestånd är att använda koncepten av en cirkelformig försöksyta. En cirkelformig försöksyta bildas i skogen genom att använda en måttkäpp av en bestämd längd och att rita i skogen en cirkel, vars radie är längden av sagda käpp. Genom att räkna plantorna, stammarna eller andra intressanta föremål inom cirkeln, och genom att veta en på käp- pens längd beroende statistisk konversionskoefficient, med vilken antalen föremål som betraktas i sagda försöksyta fås att motsvara t.ex. antalet respektive föremål per hektar, kan man uppskatta situationen av det hela skogsområdet på basis av sagda cirkelformiga försöksyta. Genom att välja flera cirkelformiga försöksytor i skogen kan uppskattningen göras ännu 10 15 20 25 30 35 14 exaktare. Uppskattningen av trädbeståndet i skogen är alltså baserat på statistiska data om skogen. Ofta använda föremålsenheten av en yta som betraktas i skogsbruk är hektar och - i länder som använder anglosaxiska måttenheter - acre. Med justering av en skalfaktor kan korrelationsföränd- ringen utföras även mellan andra ytenheter. På så sätt kan man bestämma i simuleringsmiljön en uppskattning om trädbeståndets egenskaper. Den här uppskattningen kan avvika från trädbeståndets egenskapsdata som är redan tillgänglig i simulatorminnet vid tidpunkten när skogen skapas.

Figur 6 visar en uppfinningsenlig utföringsform, i vilken data om det simule- rade trädbeståndet kan betraktas i en virtuell värld genom att bilda med ett pekdon på ett i terrängen märkt ställe en cirkelformig försöksyta 600 med en begärd areal. Centret av den cirkelformiga försöksytan är märkt i terrängen med en färgad signalkäpp 602, i vars närhet har placerats ett nummer eller ett namn 604 som identifierar försöksytan i vyn. Gränserna av den cirkel- formiga försöksytan är ritade med en kontinuerlig linje 606 vars färg avviker från terrängens färg i skogsmarken. I vyn av simuleringsmiljön kan flera cir- kelformiga försöksytor vara samtidigt inom synhåll.

Data som erhålls från den inom den cirkelformiga försöksytan begränsade trädmängden är bl.a. data som är listade i kolumn 608 i simuleringsvyn: yt- vidden på den cirkelformiga försöksytan, antalet stammar på den cirkel- formiga försöksytan, volym på träd på den cirkelformiga försöksytan, volym på timmerstockar på den cirkelformiga försöksytan, volym på pappersved på den cirkelformiga försöksytan, den genomsnittliga längden och diametern av träd på den cirkelformiga försöksytan, bottenytan av stammar på den cirkel- formiga försöksytan, mätt på en bestämd, utsatt höjd, som kan vara t.ex. 1,3 meter, samt data om antalet krokiga stammar på den cirkelformiga för- söksytan.

Genom att koppla formen av stämplingsbeståndets fritt väljbara avgränsning till den cirkelformiga försöksytan kan man förfoga i simulatormiljön bestäm- ningsverktyg som är planerade för en verklig skog i skogsbruk och som inte tidigare har varit tillgängliga i en simulatormiljö. Utgångspunkten för skogs- uppskattning är tabeller som gjorts för skogstyper och är baserade på för- nimmelsemässig kartläggning, från vilka tabeller man kan statistiskt beräkna 10 15 20 25 30 35 15 det för den resp. skogstypen lämpliga matematiska beroendeförhållandet mellan trädens egenskaper och frekvens i den resp. skogstypen. Statistiskt kan man alltså beräkna t.ex. från antalet plantor att om det finns en plant på en försöksyta av 50 m2, finns det 200 st. plantor per hektar. Om det finns sju plantor på försöksytan, finns det 1400 st. plantor per hektar, och så vidare. Även för andra egenskaper av träd i sagda skogstyp kan man bilda likadana beroendeförhållanden. Minskning av den valda trädmängdens storlek erbju- der också intressanta möjligheter; genom att välja betraktningspunkten i den omedelbara närheten av ett intressant träd och den cirkelformiga försöksytan nätt och jämnt lika stor som trädet, kan man se data om det enskilda trädet i simulatormiljön, varvid träden som skall gallras kan väljas från stämplings- posten genom att utnyttja den bästa möjliga informationen. En sådan möjlig- het har inte tidigare funnits i en simulator.

En särskilt intressant egenskap av trädmängden vid gallringshuggningar är summan av det växande trädbeståndets bottenytor per hektar. Denna storhet uttrycks i kvadratmeter per hektar, mZ/ha. När trädbeståndets längd och stamfunktionen som betecknar bäst stammarnas form är kända, kan man bestämma den växande trädmängdens stamvolym genom att fastgöra bottenytan. Det här kan vara en viktig faktor vid planering av huggningar. För olika skogstyper och trädslag finns tabeller, från vilka stamvolymen kan avlä- sas för varje bottenyta och genomsnittliga längd.

På det ovan beskrivna sättet kan man alltså med metoden av den cirkelfor- miga försöksytan välja en trädmängd från trädbeståndet, bestämma minst en egenskap för denna trädmängd, och använda denna bestämda egenskap för att bestämma trädbeståndets egenskap. Trädbeståndet kan vara t.ex. den hela skogen eller en del av skogen, en från skogen vald stämplingspost eller ett på ett annat sätt bestämt område. Trädmängden kan väljas med metoden av den cirkelformiga försöksytan eller på ett annat sätt, till exempel i kvadra- tisk eller rektangulär form. Trädmängden kan också bestå av flera skilda områden. Det kan också finnas flera trädmängder, dvs. att man kan t.ex. bestämma flera cirkelformiga försöksytor och beräkna trädbeståndets egen- skaper från egenskaperna av dessa flera trädmängder, t.ex. genom att ta ett medeltal eller ett vägt medeltal (t.ex. genom att väga enligt ytor eller en annan parameter) av egenskaperna. 10 15 20 25 30 35 16 Figur 7 visar ett arbetsredskap, med vilket uppskattningen av gallringshugg- ningar kan övas virtuellt utan en verklig skog. Figuren visar en siktskåra 700 som fungerar i likhet med en relaskop i den virtuella världen. Arbetsred- skapets funktionsprincip överensstämmer med följande principer: En på en betraktningspunkt i skogen stående betraktare vänder sig om ett helt varv genom att hålla siktskåran på ett bestämt avstånd före sig och räknar med i relaskopmätningen de stammar som nätt och jämnt fyller siktskåran eller är bredare (t.ex. stammar 702) när man ser genom siktskåran. Dessa stammar räknas med i relaskopmätningen, och med hjälp av antalet stammar och relaskopkoefficienten kan man beräkna, hur många tvärsnittsytkvadratmeter av trädbeståndet de inräknade trädstammarna motsvarar per hektar av skog.

Relaskopkoefficienten anger alltså trädens sammanräknade tvärsnittsyta när man vet antalet stammarna. Gränsträden räknas in i mätningen med hälften av deras tyngdvärde.

Ett träd inräknas fullt i relaskopmätningen, om det är närmare mätaren än dess gränsavstånd. Gränsavståndet däremot beror på trädets diameter och relaskopkoefficienten. Den cirkelformiga försöksytan 704 kan vara bestämd när man utför relaskopmätningen, eller den kan vara obestämd. För att bestämma om ett träd hör till relaskopförsöksytan behöver man alltså inte en avgränsad försöksyta, utan informationen kan bestämmas matematiskt när man vet skogstypen och måtten av siktskåran som används. l en simulator- miljö som visats i figur 7 erbjuder relaskopmätningen en möjlighet att betrakta trädbeståndets bottenyta även på ett trädslagsanknutet sätt, när det begärda trädslaget har först valts i vyn t.ex. med rullistan.

Precisionen av relaskopmätningen relativt skogstypen som skall betraktas kan förbättras genom att utföra mätningen vid några olika ställen. Genom att räkna genomsnittet av mätningar kan man uppskatta stamvolymen av träd- beståndet per hektar med hjälp av en relaskoptabell. Om bredden av relaskopets siktskåra är fritt vald, måste man använda en tabell som är pro- portionerad relativt den resp. bredden av siktskåran. Relaskopmätningen kan utföras i en simulering t.ex. genom att rotera skogsmaskinens förarhytt. Ett annat alternativ är att placera en kamera på skogsmaskinens tak och att rotera kameran i stället för förarhytten. Bilden av den virtuella kameran kan 10 15 20 25 30 35 17 bringas till skogsmaskinens simulerade förarhytt för att betraktas av använ- daren för räkning, eller alternativt kan skogsmaskinens anordning utföra räk- ningen automatiskt och presentera resultatet för användaren pä ett visuellt, verbalt och/eller grafiskt sätt.

I en utföringsform enligt uppfinningen kan föraren av en i en simuleringsmiljö fungerande skogsmaskin betrakta körspåren, vilka anordningen som han/hon för har lämnat på skogsmarken, med avseende på bredden och djupet av spåren. Bredden och avtrycken av körspåren spelar en roll på skogens för- yngringsförmåga i huggningsområdet. Till exempel för djupa körspår kan skada trädens rötter och försämra trädbeståndets kvalitet och växt i närheten av körspåren. Med avståndet mellan körspåren kan man påverka mängden av trädbestånd som förlorats för körspåret och som inte ersätts av annat växande träd bestånd.

Avstånden mellan körspåren som lämnats av skogsmaskinen borde vara optimala så att trädbeståndsområdet som skall gallras kan huggas till gall- ringstätheten med arbetsmaskinen som används för arbetet på ett sådant sätt att en så liten del av trädbeståndet som möjligt förloras under körspåren.

Genom att veta trädbeståndsstrukturens täthet och föryngringsförmåga i skogen, räckvidden av skogsmaskinens huggningsbom och å andra sidan bredden av körspåret som lämnas av maskinen, kan man med en matema- tisk modell bestämma den optimala körspårbredden, med vilken skogsområ- det kan huggas på ett skogsekonomiskt effektivt sätt och å andra sida på ett så uthålligt sätt som möjligt med avseende på trädbeståndet. I simulator- miljön kan skogsmaskinens förare använda en mus för att märka med sig- nalpunkter körspåren som maskinen har lämnat i den redan upparbetade skogen och på så sätt få veta avståndet mellan dessa signalpunkter. Att den verkliga bredden av körspår träffar den eftersträvade bredden av körspår kan uttryckas för användaren av simuleringen med ett färgkodat grafiskt tecken i simuleringsvyn, med en ljudindikation genom användargränssnittets ljud- kretsar, med ett dialogfönster som öppnas i skärmen, osv.

Figur 8 visar ett blockschema för att bestämma egenskaper av ett simulerat trädbestånd enligt en utföringsform av uppfinningen. I steg 800 bestäms en virtuell skog i simuleringsmiljön. Enligt steg 802 bestäms en delmängd av 10 15 20 25 30 35 18 den virtuella skogen. I steg 804 bestäms egenskaper av delmängden av den virtuella skogen med en mätningsmetod som tillämpar sig för den virtuella skogen.

Figur9 visar ett blockschema för att bestämma en delmängd av ett träd- bestånd enligt en utföringsform av uppfinningen. Enligt utföringsformen begränsas i steg 900 en delmängd av den virtuella skogen med hjälp av ett pekdon som tillämpar sig för den virtuella miljön. Därefter behandlas den valda delmängden (trädmängden) av skogen. I steg 902 visas i vyn av den virtuella miljön ett selektionsredskap som kan vara t.ex. i form av en uppstå- ende siktskåra men vars utseende kan anpassas enligt föremålen som skall väljas. I steg 904 går man igenom delmängden dvs. trädmängden av den valda skogen med redskapet på så sätt att man i steg 906 kan räkna från den valda skogen de virtuella träd som uppfyller kriteriet av randvillkoret som bestäms av redskapet. När man känner träden som uppfyller kriteriet, kan man genom att använda data av den virtuella världen i steg 908 bestämma egenskaperna av delmängden (trädmängden) i trädbeståndet, såsom antalet stammar, trädbeståndets genomsnittliga täthet, variationen i trädbeståndets genomsnittliga täthet, trädbeståndets totalvolym på betraktningsområdet, trädbeståndets volym på timmerstockar på betraktningsområdet, trädbestån- dets volym på pappersved på betraktningsområdet, trädbeståndets genom- snittliga längd, trädbeståndets genomsnittliga diameter, trädbeståndets bot- tenyta och antalet krokiga stammar. I steg 910 bildar man från data av den virtuella världen data som hänför sig till det hela virtuella trädbeståndet från de samma egenskaper av skogen som bestämdes i steg 908 för en del- mängd, och dessa båda egenskapstyper visas i användargränssnittet av den virtuella världen i steg 912.

Också andra arrangemang för utföring av uppfinningen kan implementeras med hjälp av den i anordningen installerade datorprogramkoden. Dator- programkoden som implementerar uppfinningen kan vara belägen i anord- ningens minne och åstadkomma användning av anordningens relevanta delar för att utföra uppfinningens utföringsformer. Till exempel en datatermi- nal kan vara försedd med de nödvändiga ström- och mikrokretsarna samt minneskomponenterna för lagring och utföring av den uppfinningsenliga pro- gramkoden. Ytterligare kan en del eller alla av de uppfinningsenliga pro- 19 gramkomponenterna vara lagrade i ett nätelement med de nödvändiga min- nes-, ström- och mikrokretsarna för lagring och utföring av programkoden enligt uppfinningen. Det är uppenbart att uppfinningen inte är begränsad enbart till de ovan beskrivna utföringsformerna utan att uppfinningen kan tillämpas inom ramen för de följande patentkraven.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 20 Patentkrav: . Förfarande för att bestämma åtminstone en egenskap av ett simulerat trädbestånd, kännetecknat av att man i förfarandet väljer från sagda simulerade trädbestånd en trädmängd och bestämmer från den valda trädmängden minst en egenskap av trädmängden, och uppskattar åtminstone en egenskap av sagda simulerade trädbestånd genom att använda sagda åtminstone en bestämd egenskap av den valda träd- mängden. . Förfarande enligt patentkrav 1, i vilket sagda uppskattning omfattar bildning av ett statistiskt estimat på minst en egenskap av det simule- rade trädbeståndet genom att använda minst en bestämd egenskap av den valda trädmängden. . Förfarande enligt patentkrav 1, i vilket man på basis av användarens inmatning, såsom inmatning med datorns pekdon, avgränsar ett område av simuleringsmiljön som nämnda trädmängd. _ Förfarande enligt patentkrav 1, 2 eller 3, i vilket man väljer en cirkel- formig försöksyta från simuleringsmiljön och bestämmer sagda minst en egenskap av trädmängden på den valda cirkelformiga försöksytan. _ Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, i vilket man förser simulerings- miljöns användargränssnitt med ett virtuellt arbetsredskap, vars funkt- ion i simuleringsmiljön liknar funktionsprincipen av ett relaskop. . Förfarande enligt patentkrav 1, 2 eller 5, i vilket förfarande - man förser simuleringsmiljöns användargränssnitt med en sikt- skåra för ett virtuellt arbetsredskap, - man förflyttar sagda siktskåra i simuleringsvyn i simulerings- miljöns horisontella plan, - man betraktar bredden av trädstammar som visas i simulerings- miljöns användargränssnitt genom siktskåran relativt sikt- skårans bredd, 10 15 20 25 30 35 21 - man bestämmer på basis av sagda betraktande om det resp. trädet som visas i siktskåran i simuleringsvyn hör till sagda trädmängd. _ Förfarande enligt patentkrav 5 eller 6, i vilket egenskapen av sagda trädbestånd bestäms matematiskt genom att använda en koefficient av sagda virtuella arbetsredskap, vilken koefficient betecknar för- hållandet mellan bredden av siktskåran i sagda virtuella arbetsredskap och tvärsnittsytan av trädbeståndet som skall räknas i simulerings- miljön. . Förfarande enligt något av patentkraven 1-7, i vilket sagda minst en egenskap av sagda trädmängd visas i simuleringsmiljöns användar- gränssnitt. . Förfarande enligt något av patentkraven 1-8, i vilket trädbeståndets egenskap omfattar minst en av de följande: antalet stammar i träd- beståndet, trädbeståndets genomsnittliga täthet, variation i träd- beståndets genomsnittliga täthet, trädbeståndets totala volym på för- söksytan, trädbeståndets totala volym per hektar, trädbeståndets volym på timmerstockar på försöksytan, trädbeståndets volym på tim- merstockar per hektar, trädbeståndets volym på pappersved på för- söksytan, trädbeståndets volym på pappersved per hektar, träd- beståndets genomsnittliga längd, trädbeståndets genomsnittliga dia- meter, trädbeståndets bottenyta per hektar, och antalet krokiga stam- mar på försöksytan. 10.Förfarande enligt något av patentkraven1-9, i vilket trädbeståndet omfattar minst ett träslag, och trädbeståndets egenskaper visas grup- perade enligt träslag i simuleringsmiljöns användargränssnitt. 11.Förfarande enligt något av patentkraven 1-10, i vilket man ytterligare - mottar från användaren en indikatorsignal av ett pekdon, såsom en mus, för att bestämma referenspunkter på den simulerade terrängen, och 10 15 20 25 22 - räknar med hjälp av referenspunkterna bredden på eller mellan- rummet mellan körspåren av en simulerad Skogsmaskin. 12. Förfarande enligt något av patentkraven 1-11, i vilket man ytterligare - ger skogsmaskinssimulatorns användare en inlärningsuppgift, - jämför den av simulatorn registrerade användarprestationen med den givna inlärningsuppgiften. 13. Programvaruprodukt som är lagrad på ett med en dator läsbart medium och kan utföras med en processor, kännetecknad av att programvaruprodukten omfattar en med en dator utförbar program- kod som är anordnad att utföra ett förfarande enligt något av kra- ven 1-11 när programkoden körs på en processor. 14. Anordning, som omfattar: - styrdon för styrning av en simulerad skogsmaskin genom att motta styrinmatning från användaren samt för producering av styrsignaler för styrning av anordningen, - bearbetningsdon för bearbetning av sagda styrsignaler, - skärmmedel för visning av en simulerad skogsmiljö, kännetecknad av att anordningen omfattar vidare: - en datorprogramkod för utförandet av ett förfarande enligt något av patentkraven1-11, när programkoden utförs med sagda bearbetningsdon. 15.Anordning enligt patentkrav 14, kännetecknad av att den är en skogs- maskinssimulator, en universaldator eller en skogsmaskin.