WO2019113620A1 - Vorrichtung zur erfassung eines forstbestandes - Google Patents

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WO2019113620A1
WO2019113620A1 PCT/AT2018/060292 AT2018060292W WO2019113620A1 WO 2019113620 A1 WO2019113620 A1 WO 2019113620A1 AT 2018060292 W AT2018060292 W AT 2018060292W WO 2019113620 A1 WO2019113620 A1 WO 2019113620A1
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sensor module
aircraft
module
tree
laser
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PCT/AT2018/060292
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Günther BRONNER
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Umweltdata G.M.B.H.
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    • B64D1/02—Dropping, ejecting, or releasing articles
    • B64D1/08—Dropping, ejecting, or releasing articles the articles being load-carrying devices
    • B64D1/12—Releasing
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a forest stand, wherein the device comprises an aircraft, and a sensor module. Furthermore, the invention relates to a method for detecting a forest stand with a device for detection, which comprises an aircraft, as well as a sensor module, and the aircraft is flying at a distance from the canopy of the forest stand.
  • Airplanes are aircraft that are heavier than air.
  • the sensor module comprises at least one sensor.
  • the sensor module could have an optical sensor.
  • a logging system for a forest stand which has a drone equipped with numerous sensors, such as LiDAR, stereo camera and TOF camera and laser altimeter.
  • the drone is controlled by the forest and records the locations and diameters of the trees. She recognizes obstacles to her route and can avoid it. This is good and easy in a forest stand with a homogeneous structure and sufficiently large gaps between the trees.
  • a piece of woodland poses a problem in which conifers or deciduous trees are very densely packed and there are no gaps for a drone. If the drone tangles, it can not free itself and damage and loss can occur.
  • Object of the present invention is to provide a device for detecting a forest stand and an associated method, which prevents these disadvantages and allows punctual measurements in the densest forest and minimizes the risk of damage or loss.
  • This object is achieved by an aforementioned device for detecting the forest stand according to the invention in that a winch is provided on the aircraft and the sensor module via the winch of the aircraft is lowered.
  • the object is achieved by a method for detecting a Forstbestan- the fact that the sensor module is
  • the aircraft is largely protected against damage and loss. Furthermore, by lowering the sensor module, the canopy, which would lead to the reflection of measurement pulses in a measurement above the canopy, is penetrated by the sensor module and the tree trunks are reached by the measurement pulses.
  • the aircraft is an unmanned aerial vehicle.
  • the size and thus the weight of the aircraft can be significantly reduced, which in turn increases the range of the aircraft.
  • Drones are particularly well suited for this purpose, for example in quadrocopter design.
  • a favorable embodiment provides that an outer contour of a housing of the sensor module is substantially helical and if the method provides that the sensor module is set in rotation and the sensor module is actively prevented by its helical outer contour freed. The loss of the sensor module due to tangling in tree roots or scrub can thus be largely avoided and an exemption can be easily achieved.
  • the sensor module has a flywheel for stabilization, which is preferably designed as an accumulator and if the flywheel stabilizes the aircraft during the flight.
  • a distance measuring device on a lower side, which preferably has a laser distance measuring module and / or ultrasonic distance measuring module and if distance measurements from the aircraft to the ground during the flight of the aircraft and / or to the canopy of the forest stand.
  • the sensor module is a laser module for determining the geometry and the position of the Has tree surfaces in high resolution and at least one laser exit opening is provided, wherein the effect increases when the laser module has a rotating laser pulse inside, so that laser measurement pulses in high resolution in all directions (360 ° in a horizontal plane) can be delivered.
  • a laser exit direction is provided in the laser module, which has an angle of from an horizontal, which is between 0 ° -45 °.
  • this laser exit direction is to be understood as the viewing angle of the laser module.
  • GNSS global navigation satellite system
  • a measurement which can be evaluated particularly easily for a person can be carried out with the aid of a camera, which is preferably equipped with at least one laser projector, wherein the camera is particularly preferably a stereo camera in order to move in several directions during the lowering, preferably in each orientation.
  • the camera is particularly preferably a stereo camera in order to move in several directions during the lowering, preferably in each orientation.
  • the laser projector it is possible to project light points onto the surroundings during the photo taking and to enable an image matching method by means of the light spots in the photographs. This allows the recordings to be automatically assigned to each other.
  • the images are used to evaluate the geometry and position of the tree surfaces as well as the appearance of the tree surface stereo-photogrammetrically.
  • the sensor module has a radar module and / or an ultrasound module. With these two modules the geometry and the position of the tree surfaces of the forest stand are recorded.
  • Simple operation is achieved when the winch is remotely controlled. Remote control can be facilitated and the risk of damaging the sensor module can be reduced if the aircraft has at least one first video camera for monitoring the lowering of the sensor module, wherein the first video camera is oriented in the direction of the sensor module and possibly transmits images for monitoring to a receiver by radio.
  • the recipient of the aircraft is understood as the receiver.
  • the sensor module has at least one second video camera for monitoring the lowering of the sensor module, the second video camera being connected to a receiver and receiving the data from the second video camera.
  • the receiver On the basis of the transmitted images of the second video camera, the receiver, the pilot simply sees possible obstacles during the lowering of the sensor module. For example, branches that are in the way can be recognized directly, which are not visible or recognizable from the aircraft.
  • the sensor module has at least one distance sensor which is directed downwards. This makes it easy to determine the position of the sensor module and monitor the distance to the forest floor.
  • the winch has a mechanical coil spring, which is relaxed when the sensor module is raised. This effect can be further enhanced if the cable winch has a recuperator which feeds energy released when the sensor module is lowered into an accumulator.
  • the sensor module has a hyper-spectral sensor for the visual and automatic recognition of tree species, tree vitality or tree damage.
  • a separation device is provided in a possible embodiment, which serves for disconnecting the sensor module.
  • the sensor module is disconnected from the aircraft with the separating device when the sensor module or the cable of the winch has become entangled.
  • the sensor module can be found via a direction finder.
  • the expensive aircraft and the sensor module can be saved from loss or damage.
  • the aircraft has a recording module and the data is collected by the recording module, wherein the recording module has a satellite-based radio module - preferably a 5th generation mobile radio module.
  • the recording module determines the authenticity of the recorded data as well as its temporal and spatial assignment Blockchain technology, since the recorded data are linked to place and time.
  • a particularly resource-conserving approach is the possibility of first at least partially detecting a forest area - by remote sensing methods of sensors on aircraft and satellites - and dividing the forest area into segments using geostatistical methods so that the forest within the segment is as homogeneous as possible Subsequently, random measurements are optimally distributed to the segments from the aircraft - preferably in a central region of the respective segment - whereby the distribution of these measurements is optimized by statistical methods in such a way that a maximum of information is collected within the shortest possible route becomes.
  • a model of the forest is created from existing files, or the knowledge of the forester, and the forest, the forest stock, is divided into homogeneous segments.
  • the characteristics that lead to the subdivision of the forest into segments may vary according to need.
  • ideal measurement points are identified and the drone, the aircraft, is optimally sent from one measurement point to another measurement point.
  • a part can be selected from the measuring points on the basis of statistically meaningful criteria, or all can be approached.
  • the control can be either automatic or it is taken over by a pilot.
  • a gap in the canopy of the forest stand is conveniently visited. This can be identified by the first video camera looking down with radio connection to the pilot, the receiver.
  • the lowering of the sensor module then starts with the aid of the winch, whereby the height of the aircraft and the height of the sensor module above the forest floor are monitored on the one hand.
  • the pilot sees possible obstacles with the help of the second video camera on the sensor module, whereby the lowering of the sensor with the winch and the positioning of the sensor in a gap of the canopy can be monitored in real time.
  • the pendulum movement of the rope and the sensor module can be observed with the first video camera. If the sensor module is located at a suitable height between the logs, the sensor module is stabilized by the flywheel and the measurement is started.
  • the measured values are in turn transmitted to a receiver, stored locally on the sensor module or on the aircraft. Using the bark texture, the tree species and any damage caused by external influences can then be identified and quantitatively evaluated using stereo-photogrammetry.
  • the helical outer contour of the housing of the sensor module serves for active release
  • the laser measuring module (or also other modules of the sensor module) can for example consist of a rotating sensor, on the other hand, several sensors can be used, which divide an angular range (in the horizontal).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Forstbestandes, wobei die Vorrichtung ein Luftfahrzeug, sowie ein Sensormodul umfasst. Weiters betrifft die Erfindung ein dazugehöriges Verfahren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung die auch in dichtestem Wald punktuelle Messungen ermöglicht und das Risiko der Beschädigung oder des Verlustes minimiert. Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung und das Verfahren dadurch gelöst, dass eine Seilwinde am Luftfahrzeug vorgesehen ist und das Sen- sormodul über die Seilwinde von dem Luftfahrzeug absenkbar ist.

Description

Vorrichtung zur Erfassung eines Forstbestandes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Forstbestandes, wobei die Vorrichtung ein Luftfahrzeug, sowie ein Sensormodul umfasst. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung eines Forstbestandes mit einer Vorrich- tung zur Erfassung, welche ein Luftfahrzeug, sowie ein Sensormodul umfasst, und das Luftfahrzeug in einem Abstand zum Kronendach des Forstbestandes fliegt.
Unter Luftfahrzeugen verstehen sich hier Luftfahrzeuge schwerer als Luft. Das Sensormodul umfasst zumindest einen Sensor. Beispielsweise könnte das Sensor- modul einen optischen Sensor aufweisen.
In ebenen Lagen in seit Jahrzehnten bewirtschaften Forstflächen ist es einigerma- ßen einfach eine Erfassung des Forstbestandes durchzuführen. Dort ist eine Fahrt mit einem gelandegängigen Automobil auf Waldwegen im Wesentlichen gut mög- lich. Die Inspektion kann dort direkt durch den Förster durchgeführt werden. Die- ser kontrolliert beispielsweise in regelmäßigen Abständen das Wachstum der Bäume und misst dazu in einer Höhe von 1,30 m den Umfang der Bäume. Weiters stellt er Baumarten und Baumzustand anhand der Rinde fest und hat somit immer eine genaue Vorstellung vom Zustand des Forstbestandes.
Komplizierter stellt sich diese Inspektion in Hanglagen dar und in anderem unweg- samen Gelände. Dabei stellt einfaches Hindurchmarschieren schon ein Problem dar. Oftmals sind die Forstbestände nicht auf einfache Art und Weise zu erreichen und das Unterholz und Sträucher machen die Fortbewegung und ein Vorankom- men, sowie eine Messung unmöglich.
Um trotzdem einen Überblick über den Zustand der nicht einfach zugänglichen Holzbestände zu erhalten, wurden mehrere Möglichkeiten zur Inspektion ent- wickelt. Eine sehr teure und umständliche Methode, stellt die Messung mit einem Flugzeug oder mit einem Hubschrauber aus der Luft dar. Dabei wird Laserscanning eingesetzt um von der Position über dem Forstbestand Daten zu erheben. Dabei können gute Messungen hauptsächlich im Winter aufgenommen werden, da das Kronendach während des restlichen Jahres verhindert, dass eine Messung bis zum Stamm der Bäume vordringt. Ultraschall oder Radarmessimpulse werden vom Blätterdach reflektiert und das Messergebnis zeigt somit teilweise nur die Baum- kronen.
Eine weitere Möglichkeit stellt die Messung mit Hilfe von stationär aufgestellten Messgeräten dar, die in regelmäßigen Abständen eine Messung in ihrer Umgebung durchführen. Nachteilig dabei ist, dass diese Messgeräte an dem Ort verbleiben müssen und der Gefahr der Beschädigung im Lauf des Jahres ausgesetzt sind. Weiters ist die Reichweite für Messungen nur sehr beschränkt, da die Geräte auf ihren Standort beschränkt sind.
Aus der EP 2 772 814 A2 ist ein Erfassungssystem für einen Forstbestand bekannt, das eine Drohne aufweist, die mit zahlreichen Sensoren ausgestattet ist, wie LiDAR, Stereokamera und TOF-Kamera und Laserhöhenmesser. Die Drohne wird dabei durch den Wald gesteuert und erfasst Standorte und Durchmesser der Bäume. Sie erkennt dabei Hindernisse auf ihre Route und kann diesen ausweichen. Das ist in einem Forstbestand mit homogener Struktur und genügend großen Lücken zwischen den Bäumen gut und einfach möglich. Allerdings stellt beispiels- weise ein Waldstück ein Problem dar, in welchem Nadelbäume oder Laubbäume sehr dicht gedrängt stehen und keine Lücken für eine Drohne vorhanden sind. Wenn die Drohne sich verheddert kann sie sich nicht mehr befreien und es kann zur Beschädigung und zum Verlust dieser kommen.
Beim Flugzeuglaserscanning werden Laserpulse aus mehreren hundert Metern Höhe über dem Boden nahezu senkrecht zur Erdoberfläche gesendet, dem ent- sprechend gibt es im Wald Echos von Baumkronen, von Ästen und vom Boden, aber nur ein ganz geringer Prozentsatz wird dabei von den Stämmen reflektiert. Beim Drohnenlaserscanning werden die Laserpulse in der Regel nicht nur nach unten, sondern auch seitlich (waagrecht) oder schräg nach oben gesendet, um beispielsweise Hausfassaden in Häuserschluchten erfassen zu können. Wenn man mit einer derartigen Drohne knapp über den Baumkronen fliegt, treffen nur jene Laserpulse, die etwa in 10°-25° seitlicher Neigung, gemessen von der Senkrech- ten, ausgesendet werden, mit einem hohen Prozentsatz auf den unteren Teil der Baumstämme. Schräger einfallende Pulse werden überwiegend von den Baumkro- nen abgeschattet, bevor sie von einem Stamm reflektiert werden könnten, und senkrecht ausgesendete Pulse treffen den Stamm, der selbst eine überwiegend senkrechte Geometrie hat, so gut wie nie.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung zur Erfassung eines Forstbestandes und ein dazugehöriges Verfahren anzugeben, das diese Nachteile verhindert und auch in dichtestem Wald punktuelle Messungen ermöglicht und das Risiko der Beschädigung oder des Verlustes minimiert.
Diese Aufgabe wird durch eine eingangs erwähnte Vorrichtung zur Erfassung des Forstbestandes erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Seilwinde am Luftfahr- zeug vorgesehen ist und das Sensormodul über die Seilwinde von dem Luftfahr- zeug absenkbar ist. Außerdem wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung eines Forstbestan- des dadurch gelöst, dass das Sensormodul während des Fluges mit einer Seilwinde vom Luftfahrzeug in eine Lücke eines Kronendachs des Forstbestandes abgeseilt wird und Messungen mit dem Sensormodul durchgeführt werden.
Dadurch ist das Luftfahrzeug vor Beschädigung und vor Verlust weitgehend ge- schützt. Weiters wird durch das Absenken des Sensormoduls das Kronendach, das zur Reflektion von Messimpulsen bei einer Messung oberhalb des Kronendaches führen würde mit dem Sensormodul durchdrungen und die Baumstämme werden von den Messimpulsen erreicht.
Dabei ist es besonders günstig, wenn das Luftfahrzeug ein unbemanntes Luftfahr- zeug ist. Dadurch kann beim Luftfahrzeug die Größe und somit das Gewicht signi- fikant verringert werden, was wiederum die Reichweite des Luftfahrzeuges erhöht. Besonders gut eignen sich dafür Drohnen, beispielsweise in Quadrokopterbau- weise.
Eine günstige Ausführungsform sieht dabei vor, dass eine Außenkontur eines Ge- häuses des Sensormoduls im Wesentlichen schraubenförmig ist und wenn das Ver- fahren vorsieht, dass das Sensormodul in Rotation versetzt und sich das Sensor- modul vorzugsweise durch seine schraubenförmige Außenkontur aktiv aus Hinder- nissen befreit. Der Verlust des Sensormoduls durch das Verheddern in Baumkro- nen oder Gestrüpp kann somit weitgehend vermieden werden und eine Befreiung einfach erwirkt werden.
Um eine Messung zu erleichtern und die Genauigkeit weitest gehend zu erhöhen, ist es günstig, wenn das Sensormodul eine Schwungmasse zur Stabilisation auf- weist, die vorzugsweise als Akkumulator ausgebildet ist und wenn die Schwung- masse das Luftfahrzeuge während des Fluges stabilisiert.
Um den Energiebedarf des Sensormoduls zu minimieren ist es günstig, wenn beim Absenken des Sensormoduls frei werdende Energie in Rotation der Schwungmasse umgewandelt wird.
Zur Überwachung der Höhe des Luftfahrzeugs über dem Waldboden, ist es günstig wenn es an einer Unterseite eine Abstandsmessungsvorrichtung aufweist, die vor- zugsweise ein Laserdistanzmessungsmodul und/oder Ultraschalldistanzmessungs- modul aufweist und wenn während des Fluges des Luftfahrzeuges Abstandsmes- sungen von dem Luftfahrzeug zum Boden und/oder zum Kronendach des Forstbe- standes durchgeführt werden.
Besonders hochwertige und gute Messergebnisse lassen sich erzielen, wenn das Sensormodul ein Lasermodul zur Bestimmung der Geometrie und der Lage der Baumoberflächen in hoher Auflösung aufweist und zumindest eine Laseraustritts- öffnung vorgesehen ist, wobei sich der Effekt erhöht, wenn das Lasermodul im Inneren einen rotierenden Laserpulsgeber aufweist, so dass Lasermesspulse in hoher Auflösung in alle Richtungen (360° in einer waagrechten Ebene) abgebbar sind.
Weiters lassen sich gute Messergebnisse erzielen, wenn eine Laseraustrittsrichtung im Lasermodul vorgesehen ist, die von einer Waagrechten einen Winkel aufweist, der zwischen 0°-45° beträgt. Dabei ist diese Laseraustrittsrichtung als Sehwinkel des Lasermoduls zu verstehen.
Um die Position des Luftfahrzeuges jederzeit bestimmen zu können und dem Be- nutzer die Steuerung zu erleichtern und einfacher zu ermöglichen, ist es vorteil- haft, wenn es ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS) und zumindest ein Kreiselinstrument aufweist und mit dessen Hilfe navigiert wird und die Position des Luftfahrzeuges bestimmt wird.
Eine für den Menschen besonders einfach auszuwertende Messung kann mit Hilfe einer Kamera durchgeführt werden, wobei diese vorzugsweise mit zumindest einem Laserprojektor ausgestattet ist, wobei die Kamera besonders bevorzugt eine Stereokamera ist, um schon während der Absenkung, in mehrere Richtungen - bevorzugt in jeder Orientierung - Bilder vom Forstbestand aufzuzeichnen. Beson- ders günstig ist es, wenn zwei Kameras in Stereoanordnung zur Aufnahme vorge- sehen sind.
Mit dem Laserprojektor ist es möglich, während der Fotoaufnahmen Lichtpunkte auf die Umgebung zu projizieren und durch die Lichtpunkte in den Aufnahmen ein Image-Matching-Verfahren zu ermöglichen. Dadurch können die Aufnahmen einander automatisch zugeordnet werden.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn aus den Bildern Geometrie und Lage der Baum- oberflächen, sowie das Aussehen der Baumoberfläche stereo-photogrammetrisch ausgewertet werden.
Um genaue Aufzeichnungen auch bei schlechten Sichtverhältnissen zu ermögli- chen, sieht eine besondere Ausführung vor, dass das Sensormodul ein Radarmodul und/oder ein Ultraschallmodul aufweist. Mit diesen beiden Modulen werden die Geometrie und die Lage der Baumoberflächen des Forstbestandes aufgenommen.
Eine einfache Bedienung wird erwirkt, wenn die Seilwinde fernsteuerbar ist. Die Fernsteuerung kann erleichtert werden, sowie das Risiko der Beschädigung des Sensormoduls kann verringert werden, wenn das Luftfahrzeug zumindest eine erste Videokamera zur Überwachung der Absenkung des Sensormoduls aufweist, wobei die erste Videokamera in Richtung des Sensormoduls orientiert ist und Bilder zur Überwachung einem Empfänger möglicherweise per Funk sendet. Unter Emp- fänger versteht sich hier der Pilot des Luftfahrzeuges.
Die Überwachung ist besonders einfach möglich, wenn das Sensormodul zumin- dest eine zweite Videokamera zur Überwachung der Absenkung des Sensormoduls aufweist, wobei die zweite Videokamera mit einem Empfänger verbunden ist und dieser die Daten von der zweiten Videokamera empfängt. Anhand der übermittel- ten Bilder der zweiten Videokamera sieht der Empfänger, der Pilot einfach mögli- che Hindernisse während der Absenkung des Sensormoduls. Beispielsweise kön- nen im Weg befindliche Äste direkt erkannt werden, welche vom Luftfahrzeug aus nicht sichtbar oder erkennbar sind.
In einer besonderen Ausführung, weist das Sensormodul zumindest einen Distanz- sensor auf, der nach unten gerichtet ist. Dadurch lässt sich leicht die Position des Sensormoduls feststellen und die Entfernung zum Waldboden überwachen.
Um Energie bei der Manipulation des Sensormoduls mit der Seilwinde zu sparen, ist es vorteilhaft, wenn die Seilwinde eine mechanische Spiralfeder aufweist, die bei angehobenem Sensormodul entspannt ist. Weiter steigern lässt sich dieser Ef- fekt, wenn die Seilwinde einen Rekuperator aufweist, der beim Absenken des Sen- sormoduls freiwerdende Energie in einen Akkumulator speist.
Eine besonders vorteilige Anordnung ergibt sich, wenn das Sensormodul einen Hy- perspektralsensor zur visuellen und automatischen Erkennung von Baumarten, Baumvitalität oder Baumschäden aufweist.
Während des Fluges kann es unter Umständen zum Verfangen des Sensormoduls im Geäst oder in Strauchwerk kommen. Um den Verlust des Luftfahrzeuges da- durch zu verhindern ist eine Trennvorrichtung in einer möglichen Ausführungsva- riante vorgesehen, die zum Abkoppeln des Sensormoduls dient. Das Sensormodul wird dabei mit der Trennvorrichtung vom Luftfahrzeug abgekoppelt, wenn sich das Sensormodul oder das Seil der Seilwinde verhakt hat.
In der Folge kann das Sensormodul über einen Peilsender aufgefunden werden. Somit können das teure Luftfahrzeug und das Sensormodul vor Verlust oder Be- schädigung bewahrt werden.
In einer besonders günstigen Ausführung weist das Luftfahrzeug ein Aufnahme- modul auf und es werden die Daten von dem Aufnahmemodul gesammelt wobei das Aufnahmemodul ein satellitenbasiertes Funkmodul aufweist - vorzugsweise ein Mobilfunkmodul der 5. Generation. Durch das Aufnahmemodul wird die Au- thentizität der aufgenommenen Daten sowie seine zeitliche und örtliche Zuordnung mit Blockchain-Technologie belegt, da die aufgenommenen Daten jeweils mit Ort und Zeit verknüpft werden.
Eine besonders ressourcenschonende Vorgehensweise stellt die Möglichkeit dar, wenn zuerst eine Waldfläche zumindest teilweise erfasst wird - durch Fernerkun- dungsmethoden von Sensoren an Flugzeugen und Satelliten - und die Waldfläche anhand geostatistischer Verfahren in Segmente unterteilt wird, so dass der Wald innerhalb des Segmentes möglichst homogene Eigenschaften aufweist, anschlie- ßend werden vom Luftfahrzeug aus stichprobenartige Messungen optimal auf die Segmente verteilt durchgeführt - vorzugsweise in einem zentralen Bereich des jeweiligen Segments - wobei die Verteilung dieser Messungen mittels statistischer Verfahren so optimiert wird, dass innerhalb einer möglichst kurzen Flugstrecke ein Maximum an Informationen gesammelt wird.
Idealerweise wird aus bereits vorhandenen Dateien, oder dem Wissen des Försters ein Modell des Waldes erstellt und der Wald, der Forstbestand in homogene Seg- mente zerteilt. Wobei die Eigenschaften, die zur Unterteilung des Waldes in Seg- mente führen, je nach Bedarf unterschiedlich sein können. Anschließend werden innerhalb dieser Segmente ideale Messpunkte identifiziert und die Drohne, das Luftfahrzeug wird in optimaler Weise von einem Messpunkt zu einem nächsten Messpunkt geschickt. Dabei kann ein Teil anhand statistisch sinnvoll erscheinender Kriterien aus den Messpunkten ausgewählt werden, oder es können alle angeflo- gen werden. Die Steuerung kann entweder automatisch erfolgen oder sie wird von einem Piloten übernommen.
An diesen Messpunkten angelangt wird günstigerweise eine Lücke im Kronendach des Forstbestandes aufgesucht. Diese kann durch die nach unten blickende erste Videokamera mit Funkverbindung zum Piloten, dem Empfänger identifiziert wer- den. Dann startet die Absenkung des Sensormoduls mithilfe der Seilwinde, wobei einerseits die Höhe des Luftfahrzeuges und andererseits die Höhe des Sensormo- duls über dem Waldboden überwacht werden. Der Pilot sieht mit Hilfe der zweiten Videokamera am Sensormodul mögliche Hindernisse, wodurch die Absenkung des Sensors mit der Seilwinde und die Positionierung des Sensors in einer Lücke des Kronendaches in Echtzeit überwacht werden kann. Die Pendelbewegung des Seils und des Sensormoduls kann mit der ersten Videokamera beobachtet werden. Wenn sich das Sensormodul in geeigneter Höhe zwischen den Stämmen befindet, wird das Sensormodul durch die Schwungmasse stabilisiert und die Messung be- ginnt. Die Messwerte werden wiederum an einen Empfänger übermittelt, lokal am Sen- sormodul oder am Luftfahrzeug gespeichert. Es können dann mittels der Rinden- textur die Baumart und allfällige Schäden durch äußere Einflüsse erkannt und quantitativ stereo-photogrammetrisch ausgewertet werden.
Verfängt sich das Sensormodul oder das Seil im Astwerk der Bäume, so dient die schraubenförmige Außenkontur des Gehäuses des Sensormoduls zur aktiven Be- freiung
Bei Wind und starker Pendelbewegung des Sensormoduls oder wenn ein Aufrollen des Seiles aus anderen Gründen unmöglich ist und somit ein Bewegen des Sen- sormoduls zum Luftfahrzeug nicht mehr möglich ist, kann das Luftfahrzeug einfach mit ausgelenkter Seilwinde aufsteigen und so aus dem Wald entfernt werden.
Das Lasermessmodul (oder auch andere Module des Sensormoduls) kann bei- spielsweise aus einem rotierenden Sensor bestehen, andererseits können mehrere Sensoren eingesetzt werden, die sich einen Winkelbereich (in der Waagrechten) aufteilen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung zur Erfassung eines Forstbestandes, wobei die Vorrichtung ein Luftfahrzeug, sowie ein Sensormodul umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seilwinde am Luftfahrzeug vorgesehen ist und das Sensormodul über die Seilwinde von dem Luftfahrzeug absenkbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahr- zeug ein unbemanntes Luftfahrzeug ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das unbe- mannte Luftfahrzeug eine Drohne ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur eines Gehäuses des Sensormoduls im Wesentlichen schraubenförmig ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul eine Schwungmasse zur Stabilisation aufweist, die vorzugsweise als Akkumulator ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug an einer Unterseite eine Abstandsmessungsvorrichtung aufweist, die vorzugsweise ein Laserdistanzmessungsmodul und/oder Ultra- schal Idistanzmessungsmodul aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul ein Lasermodul zur Bestimmung der Geometrie und der Lage der Baumoberflächen in hoher Auflösung aufweist und zumindest eine Laseraustrittsöffnung vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Laser- modul im Inneren einen rotierenden Laserpulsgeber aufweist, so dass Laser- messpulse in hoher Auflösung in alle Richtungen (360° in einer waagrechten Ebene) abgebbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laseraustrittsrichtung im Lasermodul vorgesehen ist, die von einer Waag- rechten einen Winkel aufweist, der zwischen 0° bis 45° aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS) und zumindest ein Kreiselinstrument aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul zumindest eine Kamera, vorzugsweise eine Digitalka- mera umfasst und die Kamera vorzugsweise mit zumindest einem Laserpro- jektor ausgestattet ist, wobei die Kamera besonders bevorzugt eine Stereo- kamera ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul ein Radarmodul aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul ein Ultraschallmodul aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde fernsteuerbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug zumindest eine erste Videokamera zur Überwachung der Absenkung des Sensormoduls aufweist, wobei die erste Videokamera in Richtung des Sensormoduls orientiert ist und mit einem Empfänger verbun- den ist
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul zumindest eine zweite Videokamera zur Überwachung der Absenkung des Sensormoduls aufweist wobei die zweite Videokamera mit einem Empfänger verbunden ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul zumindest einen Distanzsensor aufweist, der nach un- ten gerichtet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde eine mechanische Spiralfeder aufweist, die bei angehobe- nem Sensormodul entspannt ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde einen Rekuperator aufweist, der beim Absenken des Sen- sormoduls freiwerdende Energie in einen Akkumulator speist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul einen Hyperspektralsensor zur visuellen und automa- tischen Erkennung von Baumarten, Baumvitalität oder Baumschäden auf- weist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennvorrichtung vorgesehen ist zum Abkoppeln des Sensormo- duls.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul einen Peilsender aufweist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Aufnahmemodul mit einem satellitenbasierten Funk- modul - vorzugsweise einem Mobilfunkmodul der 5. Generation aufweist.
24. Verfahren zur Erfassung eines Forstbestandes mit einer Vorrichtung zur Er- fassung, welche ein Luftfahrzeug, sowie ein Sensormodul umfasst, und das Luftfahrzeug in einem Abstand zum Kronendach des Forstbestandes fliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul während des Fluges mit einer Seilwinde vom Luftfahrzeug in eine Lücke eines Kronendachs des Forst- bestandes abgeseilt wird und Messungen mit dem abgeseilten Sensormodul durchgeführt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahr- zeuge eine Drohne ist und selbstständig über das Kronendach fliegt.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwungmasse das Luftfahrzeuge während des Fluges stabilisiert.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass beim Absen- ken des Sensormoduls frei werdende Energie in Rotation der Schwungmasse umgewandelt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse das Sensormodul in Rotation versetzt und sich das Sensor- modul vorzugsweise durch seine schraubenförmige Außenkontur eines Ge- häuses aktiv aus Hindernissen befreit.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fluges des Luftfahrzeuges Abstandsmessungen von dem Luftfahrzeug zum Boden und/oder zum Kronendach des Forstbestandes durchgeführt werden.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, die Geometrie und die Lage der Baumoberflächen in hoher Auflösung von einem Lasermodul aufgenommen wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug mit Hilfe eines globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) und mit zumindest einem Gyroskop navigiert und die Position des Luftfahrzeuges bestimmt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass mit zumindest einer Kamera vorzugsweise schon während der Absen- kung und/oder mit einer Stereokamera, in mehrere Richtungen - bevorzugt in jeder Orientierung - Bilder vom Forstbestand aufgezeichnet werden.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Laserprojektor während der Fotoaufnahmen Lichtpunkte auf die Umgebung projiziert und durch die Lichtpunkte in den Aufnahmen ein Image-Matching- Verfahren durchgeführt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Bildern Geometrie und Lage der Baumoberflächen, sowie das Aussehen der Baumoberfläche stereo-photogrammetrisch ausgewertet werden.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Radarmodul die Geometrie und die Lage der Baumoberflächen des Forstbestandes aufgenommen wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Ultraschallmodul die Geometrie und die Lage der Baumober- flächen des Forstbestandes aufgenommen wird.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde von einem Benutzer ferngesteuert wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Videokamera des Luftfahrzeuges die Absenkung des Sensormoduls und die Positionierung überwacht und Daten - vorzugs- weise per Funk - an einen Empfänger sendet und die Absenkung durch den Empfänger überwacht wird.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung durch eine zweite Videokamera am Sensormodul über- wacht wird und Daten - vorzugsweise per Funk - an einen Empfänger sendet und die Absenkung durch den Empfänger überwacht wird.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand vom Sensormodul zum Boden mit einem Distanzsensor des Sensormoduls während der Absenkung gemessen wird und vorzugsweise an einen Empfänger weitergegeben wird.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde eine mechanische Spiralfeder aufweist, die beim Absenken des Sensormoduls gespannt wird und sich beim Hochziehen wieder ent- spannt, wodurch der Energiebedarf für das Hochziehen reduziert wird.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass freiwerdende Energie beim Absenken des Sensormoduls durch einen Re- kuperator in einen Akkumulator eingespeist wird.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul Baumarten, Baumvitalität oder Baumschäden mithilfe eines Hyperspektralsensor automatisch erkennt.
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul mit einer Trennvorrichtung abgekoppelt wird, wenn sich das Sensormodul oder ein Seil der Seilwinde verhakt hat.
45. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul nach dem Abwurf mit einem Peilsender detektiert wird.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufnahmemodul mit satellitenbasiertem Funkmodul - vorzugsweise einem Mobilfunkmodul der 5. Generation - die aufgenommenen Daten mit einer zeitlichen und örtlichen Zuordnung durch Blockchain-Technologie ver- sieht.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Waldfläche zumindest teilweise erfasst wird - durch Ferner- kundungsmethoden von Sensoren an Flugzeugen und Satelliten - und die Waldfläche anhand geostatistischer Verfahren in Segmente unterteilt wird, so dass der Wald innerhalb des Segmentes möglichst homogene Eigenschaften aufweist, anschließend werden vom Luftfahrzeug aus stichprobenartige Mes- sungen optimal auf die Segmente verteilt durchgeführt - vorzugsweise in einem zentralen Bereich des jeweiligen Segments - wobei die Verteilung die- ser Messungen mittels statistischer Verfahren so optimiert wird, dass inner- halb einer möglichst kurzen Flugstrecke ein Maximum an Informationen ge- sammelt wird.
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