Сьогодні використання технологій мультиспектральної зйомки із застосуванням безпілотників для моніторингу територій – не дивина.
Безпілотні літальні апарати (БПЛА) почали твердо займати свою нішу в різних сферах діяльності людини. Не стало винятком і лісове господарство.
У практиці лісових господарств світу БПЛА застосовуються переважно в двох напрямках:
– візуальний моніторинг лісових масивів із отриманням даних у реальному часі або після обстеження й обробки фото- чи відеоматеріалу.
– мультиспектральна зйомка як один із різновидів дистанційного зондування землі (ДЗЗ).
Якщо із застосуванням БПЛА для візуального моніторингу ще більш-менш ясно – у керівників підприємств лісової галузі нашої країни сьогодні є розуміння, які дані вони можуть отримувати у разі проведення фото- чи відеозйомки з повітря за допомогою БПЛА, то із застосуванням мультиспектральної зйомки ситуація абсолютно протилежна. Хоча розуміння цієї технології та використання її результатів відкривають значно більше можливостей, порівняно зі звичайною фото- та відеозйомкою. Це стосується як комерційної складової діяльності підприємства, так і напрямків збереження та дослідження загальних тенденцій у лісовій галузі.
Отже, що це за технологія, як її використовують у світі і яку корисну інформацію вона спроможна надавати, спробуємо розглянути у цій статті. Відразу варто зазначити: питання, пов’язані із державним врегулюванням діяльності підприємств лісової галузі в Україні, які можуть стосуватися використання цієї технології, у цій статті ми розглядати не будемо.
Технологія використання мультиспектральної зйомки поверхні землі як одного із різновидів ДЗЗ не є новою.
Із розвитком космічної техніки, починаючи із 70-х років минулого століття, технологію почали використовувати для дистанційного зондування сільськогосподарських полів. Але лише серед вузького загалу науковців – за допомогою супутникової зйомки.
Для оцінки різноманітних параметрів рослинності використовують геоприв’язані (GPS-прив’язка) знімки, зроблені у різних спектральних діапазонах (використовуються канали видимого спектру та ближньої інфрачервоної області). Для кожного пікселя такого знімку математично розраховується так званий вегетаційний індекс, який, залежно від його формули, може надавати різну кількісну оцінку фотосинтетично-активній біомасі рослинності у пікселі знімку. Тобто надавати ту чи іншу інформацію стосовно біологічних процесів, які відбуваються у рослині, а значить – надавати інформацію про її стан.
Із таких знімків складається так звана індексна карта місцевості. Якщо говорити простими словами: для оцінки стану здоров’я рослин, у рамках технології, використовують дані за кількістю світла, яке падає на рослину, та кількістю світла, що відображається від неї у різних спектральних діапазонах.
Особливістю природи всіх рослин, як ми знаємо, є процес фотосинтезу. Якщо цей процес протікає нормально – рослина здорова, має насичений зелений колір. Але якщо з будь-якої причини цей процес порушується – рослина починає його втрачати. Науковці з’ясували, що початкові зміни у кольорі рослин відбуваються у ближньої інфрачервоної частини спектру (малюнок 1). А це означає, що за умови, якщо ці зміни вдасться виявити, буде можливо ідентифікувати початок хвороби у рослини ще на ранній стадії (коли візуально ще не видно зміни кольору), та вжити заходів щодо її усунення. Це і стало основною задачею, яку вирішує технологія мультиспектральної зйомки: виявити проблему у здоров’ї рослини на ранній стадії.
З часом застосування технології мультиспектральної зйомки було поширено на весь рослинний шар Землі, у тому числі й на лісові ресурси. Для оцінки стану лісу почали використовувати ті ж самі вегетаційні індекси, що і для сільськогосподарських культур, а з часом були розраховані й спеціальні.
Із розвитком комп’ютерної техніки стали доступними безпілотні технології, у тому числі й повітряні безпілотні літальні апарати, застосування яких зробило технологію мультиспектральної зйомки загальнодоступною. Багаторічний досвід використання даних ДЗЗ дозволив БПЛА швидко знайти своє застосування й у лісовій галузі. Сьогодні у світі й в Україні, зокрема, доступні мультиспектральні системи, адаптовані для встановлення на БПЛА, здатні робити зйомку з повітря та отримувати індексні карти відразу на місці, у польових умовах, надаючи точну й оперативну інформацію про стан лісового масиву на визначеній території.
Розглянемо на прикладах, яку саме інформацію можна отримувати за результатами мультиспектральної зйомки з повітря за допомогою БПЛА (зазначимо основну інформацію, яку можливо отримувати. Повний перелік залежить від марки обладнання – мультиспектральної системи).
Виявлення стресових зон (осередків) дерев
Технологія дозволяє ідентифікувати наявність проблем у дерева на ранній стадії, коли візуально, за зміною кольору, її ще не можна ідентифікувати.
Для хвойних дерев система ідентифікує уражене короїдом дерево на ранніх стадіях (це також дерева третьої категорії), на відміну від зйомки звичайною камерою, яка не спроможна виявити такі зміни. На малюнку наведено приклад індексної карти ділянки лісу із визначеною проблемною зоною. За допомогою кольору, від зеленого до червоного, на індексній карті позначаються ділянки із проблемами. Завдяки тому, що кожен знімок прив’язаний до GPS-координат, можливо визначати координати окремих дерев із точністю самого GPS.
Спроможність ідентифікації дерев третьої категорії – для підприємств має важливе значення з економічної точки зору. Оскільки дерева третьої категорії ще можуть бути реалізовані як ділова деревина.
Сухостій
Сухостій на індексній карті ідентифікується за допомогою чорного або червоного кольору – чорний колір означає, що на цьому місті немає рослинності, червоний – що рослинність є, але вона пригнічена, тобто засихає.
Оцінка наслідків пожеж
Територія після пожежі, як правило, втрачає майже всю рослинність. Тому на індексній карті ця зона відображається чорним або червоним кольором. Оскільки індексні карти є геоприв’язаними, то завжди можна точно визначити площу будь-якої виділеної ділянки карти, завдяки чому складається оцінка масштабу вигорання.
Спостереження за станом розвитку молодих насаджень
За допомогою вегетаційної карти можна робити аналіз стану здоров’я насаджень. У разі виникнення проблем вегетації – оперативно вживати заходи для запобігання загибелі саджанців. Можливо також робити підрахунок кількості саджанців. Це може бути актуально, коли потрібно визначити кількість саджанців, які прийнялися.
Інвентаризації лісу
Система дозволяє отримувати ряд кількісних та якісних характеристик, які використовуються при інвентаризації лісу.
Створення довгострокових прогнозів
Проведення системного моніторингу дозволяє накопичувати масив даних.
Його використання дає можливість робити аналізи, прогнози, виявляти тенденції у стані конкретного лісового масиву.
Може виникнути питання щодо використання супутникових знімків та індексних карт. Адже сьогодні існують дані супутникової зйомки, доступні для загалу. Тут слід зазначити наступне. Перевага зйомки з повітря за допомогою БПЛА перед супутниковою – це оперативність отримання інформації, висока точність та роздільна здатність знімків. Крім того, всі результати доступні через декілька хвилин після зйомки. Вартість отриманого, порівняно із супутниковими знімками, значно дешевша. Застосування безпілотного літального апарату такого типу дозволяє здійснювати зйомку великої площі. У зв’язку з цим застосування безпілотних літальних апаратів є найбільш ефективним засобом для спостереження і дистанційного збору даних про стан лісового фонду із використанням мультиспектральної зйомки.
Незважаючи на свій великий потенціал, застосування цієї технології у лісовому господарстві України сьогодні істотно відстає від аналогічного за кордоном. Тому пошук нових можливостей є досить цікавою та актуальною темою в нашій країні.
Каміл Алієв
«ЛВ» №3-4. 2018р.
0 коммент.:
Дописати коментар