Исследователи Алтайского государственного университета разработали способ, позволяющий с помощью искусственного интеллекта и снимков из космоса точно выявлять очаги заболеваний и вредителей в лесах. Эта методика уже принята на вооружение в региональном Центре защиты леса, так как она дает возможность определять степень повреждения деревьев в труднодоступных регионах, куда лесопатологи не могут добраться ни на проходимой технике, ни на вертолете.
Общая площадь лесных массивов в Алтайском крае составляет почти 4,5 миллиона гектаров, и более 29 тысяч гектаров из них уже имеют различные повреждения. Доля «неустойчивых» лесных насаждений (так их называют лесопатологи) на первый взгляд кажется небольшой — всего 0,64 процента. Однако специалистов тревожит быстрое распространение болезней и вредителей в последнее время. Например, в Новичихинском лесничестве площадь усыхания деревьев за последние пять лет увеличилась на пять тысяч гектаров, а в Горно-Колыванском лесничестве очаги повреждений жуком-короедом удвоились всего за восемь лет.
Биологи АлтГУ выделяют несколько факторов, способствующих увеличению площади повреждений хвойных деревьев. Первый — это массовое поднятие уровня грунтовых вод, произошедшее в 2016 году. Тогда в зоне подтопления оказалось около 24 тысяч гектаров сосняков, и последствия этого явления ощущаются до сих пор. Еще одна причина — это распространение полиграфа уссурийского, опасного жука-короеда, завезенного на Алтай предположительно с Дальнего Востока в 2012 году. Этот вредитель способен за два-три года довести здоровое дерево до критического состояния.
Цикл полного отмирания леса занимает около десяти лет, и изменения состояния лесов именно в этот период ученые научились отслеживать из космоса. С развитием искусственного интеллекта им удалось разработать универсальный алгоритм, позволяющий удаленно и с высокой точностью определять стадии усыхания деревьев. Автор разработки, старший преподаватель кафедры физической географии и геоинформационных систем АлтГУ Людмила Долгачева, ранее работала в лесозащите и хорошо осведомлена о проблемах отрасли. Более десяти лет она ищет способы сохранить «зеленые легкие» планеты от уничтожения.
— Мы использовали классический метод дешифрования космических снимков, при котором с помощью спектрального анализа выявляются очаги повреждений лесных насаждений и их площадь, — поделилась с корреспондентом «РГ» Людмила Долгачева. — Мы объединили его с возможностями ИИ, который уже по геометрическим характеристикам — форме и размеру крон деревьев — может определять степень их повреждения. Получился тандем отечественной системы «Канопус-В» и европейской Sentinel-2 с мощной нейронной сетью U-Net. Благодаря интеллектуальной обработке космических снимков точность данных достигла 95 процентов, что позволяет принимать правильные и эффективные решения о защите лесов от болезней и вредителей. Например, если мы выявили только начальную степень повреждения деревьев, достаточно провести обработку, а если ИИ обнаружил уже критическую стадию — необходимы санитарные рубки.
До создания этого алгоритма лесопатологи, получив космические снимки, выезжали в очаги повреждений и на месте подробно изучали ситуацию: подсчитывали, сколько деревьев повреждено, в каком они состоянии. Однако не в каждый уголок леса можно добраться. В труднодоступных местах — на затопленных, заболоченных и высокогорных участках — наземный мониторинг просто невозможен. Здесь на помощь приходит искусственный интеллект, который без выезда в лес позволяет получить четкую картину происходящего, вплоть до состояния каждого конкретного дерева. Результаты работы алгоритма накладываются на карту в открытой программе QGIS, предоставляя лесникам готовую «картину болезней» для принятия срочных решений.
— На начальном этапе мы выбрали только два типа повреждений, — отметила Людмила Долгачева. — Это вымокание деревьев на затопленных участках и их поражение одним из самых опасных вредителей — полиграфом уссурийским. Такой выбор не случаен: именно эти виды повреждений чаще всего встречаются в труднодоступных участках леса. Однако в будущем мы планируем обучить нейросеть точно определять все возможные повреждения лесных насаждений. Хотя не исключено, что для этого нам придется разработать новые методы исследования.
По мнению доцента кафедры физической географии и геоинформационных систем АлтГУ Ирины Ротановой, применение современных геоинформационных технологий и искусственного интеллекта для решения практических задач природопользования сегодня является одним из самых актуальных направлений в географии и геоэкологии. Такие разработки позволят лесникам защищать зеленое богатство от вредителей и капризов природы с научной точностью.
Фото: hi-tech.mail.ru