Компания Aeromotus провела 5-дневное обучение для сотрудников Лаборатории углеродных и климатических исследований Института Геологии и Природопользования (ИГИП) ДВО РАН (Благовещенск).

ИГИП ДВО РАН – научно-исследовательский институт геологического профиля Дальневосточного региона, образованный на основе слияния Отделения региональной геологии и гидрогеологии ДВО РАН и Амурского комплексного научно-исследовательского института (АмурКНИИ). Основная направленность ИГИП ДВО РАН – проведение фундаментальных научных исследований в области геологии и природопользования.

Состав обучения и пройденные этапы

В ходе занятий сотрудники института получили базовые навыки управления БПЛА и освоили камеральную обработку цифровых данных воздушного лазерного сканирования (ВЛС) и мультиспектральной съемки.

Обучение проходило на профессиональном беспилотном комплексе для ВЛС – DJI Matrice 300 RTK + лидар DJI Zenmuse L1 и мультиспектральном дроне DJI Phantom 4 Multispectral.

Обучение состояло из следующих этапов:

Обретение устойчивых навыков пилотирования в режиме ручного управления и по заранее созданному полетному заданию на DJI M300 RTK + L1 и DJI P4 Multispectral;
Программная обработка данных ВЛС в специализированном ПО LIDAR360;
Выполнение анализа цифровых представлений облаков точек для получения данных о рельефе местности, состоянии отдельных деревьев и лесистых участков;
Анализ карты вегетационных индексов, полученной методом мультиспектральной съемки.

Интервью сотрудника ИГИП ДВО РАН

Позднее, уже после проведенного обучения, команда Aeromotus обратилась к Александру Иванову, научному сотруднику ИГИП ДВО РАН, и попросила дать комментарий о планируемом использовании беспилотников в научно-исследовательной деятельности лаборатории.

AEROMOTUS: Александр, добрый день! Расскажите, пожалуйста, подробнее о своем направлении и работе в Институте.

АЛЕКСАНДР ИВАНОВ: Одной из задач лаборатории климатических и углеродных исследований является изучение функционирования лесных экосистем в условиях меняющегося климата и различных нарушений, таких как рубки, пожары, ветровалы. Поэтому важно быстро и точно получать характеристики лесов – запасы древесины, линейные размеры деревьев, породный состав, а также отслеживать это в динамике. Часто у нас бывают экспедиции по лесам Дальнего Востока с разными конкретными задачами, прежде всего направленные на изучение особенностей углеродного цикла лесов, формирования древесной фитомассы, влияния на это пожаров.

AEROMOTUS: Какие виды мониторинга вы используете в своей исследовательской деятельности?

АЛЕКСАНДР ИВАНОВ: Основной вид мониторинга – это описание динамики лесных растительных сообществ на постоянных пробных площадях. Это анализ изменений во времени на конкретных участках. Для оценки пространственной изменчивости характеристик лесов применяется космический мониторинг с использованием снимков открытого доступа.

AEROMOTUS: Для каких работ планируется применять мультиспектральную съемку и ВЛС?

АЛЕКСАНДР ИВАНОВ: Эти методы будут применяться для характеристики лесов на площадях, недоступных для наземных измерений, то есть от 2 га. В простых лиственничных лесах Сибири и Дальнего Востока, возможно, получится качественно применить алгоритм поиска локальных максимумов и получить позиции конкретных деревьев, их высоты и размеры крон. Если мы с достаточной точностью сможем получать эти характеристики с лидара, то это будет очень большой шаг вперед в наших исследованиях.

Воздушное лазерное сканирование лесистой местности в RGB-спектре

Во-первых, так мы получаем точную информацию о биомассе верхнего яруса лесов (на основе имеющихся конверсионных моделей для каждого дерева) и, во-вторых, получаем возможность анализировать пространственную структуру древостоев, поскольку каждое дерево автоматически приобретает координаты в декартовой (прямоугольной) системе.

Съемку с мультиспектральной камеры мы будем пробовать использовать для получения видоспецифического отклика разных деревьев, то есть определять конкретный вид дерева по его отражательным характеристикам. Второе направление – это мониторинг лесов на предмет ослабления и усыхания. Наличие ИК-камеры позволяет сделать это раньше, чем появляются видимые признаки ослабления. Третье направление – сельское хозяйство, получение значений различных индексов, описывающих состояние и рост сельскохозяйственных культур.

AEROMOTUS: С какими трудностями при сборе данных вы обычно сталкивались? Чем могут помочь беспилотные технологии?

АЛЕКСАНДР ИВАНОВ: Натурно можно обследовать лишь небольшие участки местности. БПЛА предоставляют данные на большие участки местности (40 га и более).

Поиск ослабленных насаждений также затруднителен наземными методами. Для качественных, правдивых результатов съемка с дронов является важным звеном в системе данных «наземные измерения – данные с дронов – космоснимки»

В некоторых исследованиях можно ограничится общими сведениями о числе и размерах деревьев, достаточных для расчетов общей фитомассы (с большой, но допустимой погрешностью). Поэтому можно ожидать прогресса в исследованиях лесов лиственничной тайги на средних масштабах объектов (5-40 га).

AEROMOTUS:Расскажите, пожалуйста, ваше мнение о сотрудничестве с компанией Aeromotus

АЛЕКСАНДР ИВАНОВ: Мнение положительное. Как говорится, главное начать. В таком высокотехнологичном направлении как применение дронов, очень важно начинать несамостоятельно, а с опытным наставником. Это касается и самих полетов, и обработки данных. Поскольку обучающих видео, инструкций, руководств по этому направлению пока недостаточно.
Важно, что обучение проходило по вопросам, важным для нас.
К сожалению, времени на обучение очень мало, надеемся, что будем консультироваться удаленно.

Планы Лаборатории углеродных и климатических исследований

В будущем полевом сезоне (2024 год) ученые ИГИП ДВО РАН проведут ряд исследований природных объектов в лиственничной тайге Дальневосточного региона с использованием профессиональных беспилотников и технологий мультиспектральной съемки и ВЛС.

Навыки пилотирования и обработки цифровых данных с БПЛА, приобретенные в ходе обучения, позволят специалистам выполнять мониторинг состояний лесных экосистем, в том числе, и на труднодоступных территориях. Данные ВЛС и мультиспектральной съемки позволят специалистам лаборатории собирать информацию на принципиально новом уровне детализации. Цифровые данные с БПЛА представляют более полные характеристики лесов на крупных площадях, что способствует качественному улучшению результатов научных исследований лаборатории.

Преимущества ДЗЗ с БПЛА для лесных экосистем

Дистанционное зондирование (ДЗЗ) с БПЛА лесных экосистем и в Науках о Земле – это новый метод научного исследования, который только развивается в России. С помощью беспилотников можно собирать исчерпывающую информацию о текущем состоянии лесных массивов, актуализировать данные, отслеживать изменения во времени и многое другое.

ДЗЗ с беспилотниками позволяет выполнять следующий спектр задач в исследовании лесных экосистем:

Классификация породного состава леса, лесной растительности и условий произрастания
Отслеживание и детальное исследование аномалий на участках за определенный период времени на основе аэрофотосъемки, ЦММ, ЦМР, мультиспектральных карт, отчетов и т.д.
Определение плотности лесного покрова и отслеживание изменений, (проведение сравнение на основе цифровых моделей)
Точечный анализ и лиственных покровов и состояние стволов отдельных деревьев
Определение наличия и распространения паразитарных заболеваний, насекомых-вредителей, химических веществ (если массив находится в зоне угрозы промышленного влияния)
Выявление участков с поврежденными деревьями и мертвой древесиной
Оценка влияния пожаров на состояние лесных экосистем
Моделирование возникновения возможных ЧС (пожары, наводнения, вырубки)
Другие задачи

Перспективы ДЗЗ с БПЛА для лесных экосистем

По сравнению со спутниковым мониторингом или мониторингом с использованием пилотируемой авиации, беспилотники – это значительно более экономичный и простой метод ДЗЗ. К тому же, для проведения как крупномасштабного, так и среднемасштабного мониторинга лесных массивов не требуется много специалистов.

Беспилотный комплекс на основе Matrice 300 RTK в день может обследовать до 16 квадратных километров (с учетом дополнительных АКБ за 8 полетов по 55 минут каждый).

В свою очередь, воздушное лазерное сканирование позволяет собирать информацию под кронами деревьев. Это особенно актуально для местности, к которой затруднен или отсутствует подъезд.

В целом, ДЗЗ лесных массивов с беспилотниками – это экономичный и перспективный метод, который относится к цифровым технологиям и является частью нового формирующегося направления в области ведения лесных хозяйств – это перспективный метод, который уже сейчас формируется как элемент цифровизации и часть нового направления «точное лесоводство».

Команда Aeromotus благодарит за интервью и предоставление медиаматериалов Александра Иванова.

Коллеги! Если у вас остались вопросы по данному материалу или вы хотите обсудить какие-то другие темы, касающиеся промышленных беспилотных технологий, присоединяйтесь к нашему телеграм-чату специалистов.