izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/10.32446/0368-1025it.2025-3-23-32izmertech-2335Research ArticleЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯLINEAR AND ANGULAR MEASUREMENTSАктуализация методики измерений диаметра ствола деревьев на основе робастного проектированияUpdating of a method for measuring tree trunk diameter based on robust designhttps://orcid.org/0000-0002-6545-6119МитрофановаС. А.MitrofanovaS. A.

Светлана Анатольевна Митрофанова, доцент кафедры "Законодательная метрология"

Москва

 

Svetlana A. Mitrofanova

Moscow

s_bogomolova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1957-7638МитрофановЕ. М.MitrofanovE. M.

Евгений Михайлович Митрофанов, доцент кафедры "Лесоуправление, лесоустройство и геоинфор­мационные системы"

Мытищи

Eugene M. Mitrofanov

Mytischi 

seferok@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9298-956XКарминовВ. Н.KarminovV. N.

Виктор Николаевич Карминов, доцент кафедры "Лесоуправление, лесоустройство и геоинфор­мационные системы"

Мытищи

Victor N. Karminov

Mytischi 

karminov@bmstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9766-3083ЧумаченкоС. И.ChumachenkoS. I.

Сергей Иванович Чумаченко, заведующий кафедрой "Лесоуправление, лесоустройство и геоинфор­мационные системы" 

Мытищи

Sergey I. Chumachenko

Mytischi 

chumachenkosi@bmstu.ruАкадемия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная)РоссияAcademy of Standardization, Metrology and Certification (educational)Russian FederationМосковский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Мытищинский филиал)РоссияMytischi Branch of Bauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation2025140720257432332Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2335

Рассмотрено развитие урбанизированных территорий в части управления зелёным фондом города. Эффективность управления зелёным фондом зависит от достоверности измерительной информации о дендрометрических параметрах деревьев, к которым относится диаметр ствола дерева. В нормативных правовых актах муниципального образования по созданию, содержанию и охране зелёных насаждений установлены требования к точности измерений диаметра ствола дерева. Проанализированы современные методы и средства измерений диаметра ствола дерева, применяемые при мониторинге и инвентаризации зелёных насаждений города. Существующие методики измерений являются малоэффективными ввиду большого разнообразия древесных пород (в том числе уникальных) и необходимости учёта влияния множества факторов на ход роста каждого дерева. Рассмотрены преимущества использования мобильного лазерного сканера при измерении диаметра ствола дерева по его трёхмерной измерительной модели. Описаны основные источники погрешности измерений диаметра ствола дерева в зелёных насаждениях города с применением лазерного сканера Zeb-Horizon. Для актуализации методики измерений диаметра ствола дерева мобильным лазерным сканером Zeb-Horizon при инвентаризации зелёных насаждений предложено применять робастное проектирование. С целью обобщения и графической интерпретации причинно-следственных связей между источниками погрешности построена диаграмма Исикавы. С помощью диаграммы Исикавы выявлены источники, влияние которых на погрешность измерений диаметра ствола дерева необходимо оценить в ходе эксперимента: «Тип трека»; «Расстояние между двумя смежными проходами»; «Сходимость»; «Устойчивость». Приведены результаты робастного проектирования при актуализации методики измерений диаметра ствола дерева с использованием лазерного сканера Zeb-Horizon. Сформулированы оптимальные условия геодезической съёмки территории зелёных насаждений города: тип трека – «Дорожно-тропиночная сеть» или «Сужающаяся спираль»; расстояние между двумя смежными проходами 4–20 м; максимальное значение параметра «Сходимость» при обработке первичных данных с использованием специализированного программного обеспечения 4–5 ед.; значение параметра «Устойчивость» исходя из информации о наличии подлеска и кустарниковой растительности на территории 0–5 ед. В проекте методики измерений сформулированы процедуры подготовки и выполнения измерений диаметра ствола дерева при инвентаризации зелёных насаждений.

The issues of developing urbanized territories in terms of managing the city's green fund are examined. The effectiveness of green fund management depends on the reliability of measurement data on dendrometric tree parameters, including tree trunk diameter. Municipal regulatory legal acts on the establishment, maintenance, and protection of green spaces set requirements for the accuracy of tree trunk diameter measurements. Modern methods and instruments for measuring tree trunk diameter, used in monitoring and inventorying urban green spaces, are analyzed. Current methods for measuring are inefficient due to the wide variety of tree species (including unique ones) and the need to account for numerous factors affecting the growth of each tree. The advantages of using a mobile laser scanner for measuring tree trunk diameter based on its three-dimensional measurement model are discussed. The main sources of measurement error in determining tree trunk diameter in urban green spaces using the Zeb-Horizon laser scanner are described. To update the method for measuring tree trunk diameter with the Zeb-Horizon mobile laser scanner during green space inventories, robust design is proposed. An Ishikawa diagram was constructed to summarize and visually interpret the cause-and-effect relationships among error sources. Using the Ishikawa diagram, key sources influencing measurement error that need to be evaluated experimentally were identified: “Track type”, “Distance between adjacent passes”, “Convergence”, and “Rigidity”. The results of robust design were presented in the context of updating the method for measuring tree trunk diameter using the Zeb-Horizon laser scanner. Optimal conditions for geodetic survey of urban green spaces were formulated: the track type should align with “Road and trail network” or “Converging spiral”, the distance between two adjacent passes should be 4–20 m; the maximum value of the “Convergence” parameter when processing primary data using specialized software 4–5 units; the value of the “Rigidity” parameter based on information about the presence of undergrowth and shrub vegetation in the area 0–5 units. The draft of method for measuring formulates procedures for preparing and conducting tree trunk diameter measurements during green space inventory.

диаметр ствола дереваназемное лазерное сканированиеробастное проектированиеметодика измеренийинвентаризация зелёных насажденийгеодезическая съёмкаtree trunk diameterterrestrial laser scanningrobust designmethod for measuringgreen space inventorygeodetic surveyReferencesДорогова И.Е., Еремин Д.Е., Михайлов А.К. Инвентаризация городских лесов г. Новосибирска с применением метода наземного лазерного сканирования. Регулирование земельно-имущественных отношений в России: правовое и геопространственное обеспечение, оценка недвижимости, экология, технологические решения, (1), 162–167 (2023). http://dx.doi.org/10.33764/2687-041X-2023-1-162-167Dorogova I. E., Eremin D. E., Mikhailov A. K. Application of terrestrial laser scanning method for urban forest inventory in Novosibirsk. Regulirovanie zemel'no-imushchestvennyh otnoshenij v Rossii: pravovoe i geoprostranstvennoe obespechenie, ocenka nedvizhimosti, ekologiya, tekhnologicheskie resheniya, (1), 162–167 (2023). (In Russ.) http://dx.doi.org/10.33764/2687-041X-2023-1-162-167Погорелов А.В., Брусило В.А., Граник Н.В. Моделирование объектов озеленения города по данным мобильного лазерного сканирования. ИнтерКарто. ИнтерГИС, 24(2), 5–17 (2018). http://dx.doi.org/10.24057/2414-9179-2018-2-24-5-17Pogorelov A.V., Brusilo V.A., Granik N.V. Modeling of urban green spaces based on mobile laser scanning data. InterCarto. InterGIS, 24(2), 5–17 (2018). (In Russ.) http://dx.doi.org/10.24057/2414-9179-2018-2-24-5-17Holopainen M., Vastaranta M., Kankare V. et al. Mobile terrestrial laser scanning in urban tree inventory. The 11th International Conference on LiDAR Applications for Assessing Forest Ecosystems (SilviLaser 2011), Hobart, Australia (2011)Holopainen M., Vastaranta M., Kankare V. et al. Mobile terrestrial laser scanning in urban tree inventory. The 11th International Conference on LiDAR Applications for Assessing Forest Ecosystems (SilviLaser 2011), Hobart, Australia (2011)Kükenbrink D., Gardi O., Morsdorf F. et al. Above-ground biomass references for urban trees from terrestrial laser scanning data. Annals of Botany, 128 (6), 709–724 (2021), https://doi.org/10.1093/aob/mcab002Kükenbrink D., Gardi O., Morsdorf F. et al. Above-ground biomass references for urban trees from terrestrial laser scanning data. Annals of Botany, 128(6), 709–724 (2021), https://doi.org/10.1093/aob/mcab002Лебедев А. В. Инвентаризация древесных насаждений урбанизированных территорий с использованием смартфона. Лесотехнический журнал, 13(3), 56–70 (2023). http://dx.doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.3/5Lebedev A. Tree inventory in urban areas using smartphone. Forestry Engineering Journal, 13(3), 56–70 (2023). http://dx.doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.3/5Anderson K., Hancock S., Casalegno S. et al. Visualising the urban green volume: Exploring LiDAR voxels with tangible technologies and virtual models. Landscape and Urban Planning, 178, 248–260 (2018). http://dx.doi.org/10.1016/j.landurbplan.2018.05.024Anderson K., Hancock S., Casalegno S. et al. Visualising the urban green volume: Exploring LiDAR voxels with tangible technologies and virtual models. Landscape and Urban Planning, 178, 248–260 (2018). http://dx.doi.org/10.1016/j.landurbplan.2018.05.024Васильева Е.А. Эффективность воздушного лазерного сканирования территории при мониторинге городских зеленых насаждений. Интерэкспо Гео-Сибирь, 4(2), 31–34 (2021). http://dx.doi.org/10.33764/2618-981X-2021-4-2-31-34Vasil'eva E.A. Efficiency of aerial laser scanning of the territory when monitoring urban green spaces. Interekspo Geo-Sibir', 4(2), 31–34 (2021). (In Russ.) http://dx.doi.org/10.33764/2618-981X-2021-4-2-31-34Arseniou G., MacFarlane D.W., Seidel D. Woody surface area measurements with terrestrial laser scanning relate to the anatomical and structural complexity of urban trees. Remote Sensing, 13(3153), (2021). http://dx.doi.org/10.3390/rs13163153.Arseniou G., MacFarlane D.W., Seidel D. Woody surface area measurements with terrestrial laser scanning relate to the anatomical and structural complexity of urban trees. Remote Sensing, 13(3153), (2021). http://dx.doi.org/10.3390/rs13163153.Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г., Нильссон С., Булуй Ю.И. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии. Нормативно-справочные материалы. М-во природных ресурсов Российской Федерации, Федеральное агентство лесного хоз-ва, Международный ин-т прикладного системного анализа, Москва (2006). https://www.elibrary.ru/qkqbehShvidenko A.Z., Shchepashchenko D.G. Tables and models of growth and productivity of forests of major forest forming species of Northern Eurasia. Normativno-spravochnye materialy. M-vo prirodnyh resursov Rossijskoj Federacii, Federal'noe agentstvo lesnogo hoz-va, Mezhdunarodnyj in-t prikladnogo sistemnogo analiza, Moscow (2006). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/qkqbehАзарчик Р. В. Таблицы хода роста для таксации сосновых древостоев различной густоты. Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия 1. Лесное хозяйство, (16), 88–92 (2008). https://www.elibrary.ru/vdhbstAzarchyk R.V. Tablicy hoda rosta dlya taksacii sosnovyh drevostoev razlichnoj gustoty [Growth progress tables for taxation of pine stands of different densities]. Trudy Belorusskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya 1. Lesnoe hozyajstvo, (16), 88–92 (2008). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/vdhbstМитрофанов Е. М., Митрофанова С. А., Карминов В. Н., Чумаченко С. И. Оценивание повторяемости и воспроизводимости результатов измерений высоты деревьев мобильным лазерным сканером. Законодательная и прикладная метрология, 190(4), 11–18 (2024). http://dx.doi.org/10.32446/2782-5418.2024-4-ll-18Mitrofanov E.M., Mitrofanova S.A., Karminov V.N., Chumachenko S.I. Assessment of repeatability and reproducibility of the tree height measurement results using a mobile laser scanner. Legal and applied metrology, 190(4), 11–18 (2024). (In Russ.) http://dx.doi.org/10.32446/2782-5418.2024-4-ll-18Ishikawa K. Guide to Quality Control (Industrial engineering & technology). Asian Productivity Organization, Tokyo (1976)Ishikawa K. Guide to Quality Control (Industrial engineering & technology). Asian Productivity Organization, Tokyo (1976)Боровиков В. П. Популярное введение в современный анализ данных и машинное обучение на STATISTICA. Горячая линия – Телеком, Москва (2023)Borovikov V. P. Populyarnoe vvedenie v sovremennyj analiz dannyh i mashinnoe obuchenie na STATISTICA [A popular introduction to modern data analysis and machine learning in STATISTICA]. Hot line – Telecom Publ., Moscow (2023). (In Russ.)Богомолова С. А. Применение методологии робастного параметрического проектирования при разработке методик измерений. Законодательная и прикладная метрология, 170(2), 44–48 (2021). https://www.elibrary.ru/icunmmBogomolova S. A., Application of robust parametric design technique to the development process of measurement procedures, Legal and applied metrology, 170(2), 44–48 (2021). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/icunmmБогомолова С. А., Муравьева И. В. Применение робастного параметрического проектирования при разработке методики количественного химического анализа в металлургическом производстве. Метрология, (3), 48–61 (2021). http://dx.doi.org/10.32446/0132-4713.2021-3-48-61Bogomolova S.A., Muravyeva I.V. Application of Robust Parametric Design in the Development of a Quantitative Chemical Analysis Methodology in Metallurgical Production. Measurement Techniques, 64(9), 772-777 (2021). https://doi.org/10.1007/s11018-022-02002-xМитрофанова С. А., Муравьева И. В. Робастное параметрическое проектирование методики определения химического состава медных сплавов рентгенофлуоресцентным методом. Измерительная техника, (11), 66–71 (2023). http://dx.doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-11-66-71Mitrofanova S.A., Muravyeva I.V. Robust parameter design of the procedure for determining the chemical composition of copper alloys by X-ray fluorescence. Measurement Techniques, 66(11), 889-896 (2024). https://doi.org/10.1007/s11018-024-02304-2.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.