Одной из технологий, которая оптимизирует процесс управления лесами, является анализ геоданных и данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) при помощи алгоритмов искусственных нейронных сетей. Он дает возможность составить широкую картину лесного фонда, получить сведения о состоянии лесных ресурсов и лучше их контролировать.
Для такого анализа используются космические снимки среднего и высокого разрешения, а также материалы, получаемые с воздушных и наземных систем.
Что такое ДЗЗ и для чего оно используется
ДЗЗ – это наблюдение за поверхностью Земли с летательных аппаратов и спутников. Рынок дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) считается одним из самых быстрорастущих в мире. Новые компании, технологии, услуги и сервисы появляются каждый год. Большие перспективы связаны с использованием беспилотных аппаратов, лидаров, микроспутников. ДЗЗ используют как для изучения природных ресурсов Земли, так и для нужд сельского и лесного хозяйства, геодезии, метеорологии.
С помощью ДЗЗ можно проводить наблюдения за лесным покровом и составлять карты лесов. ДЗЗ позволяет изучать состав лесов, тип деревьев, их высоту, плотность и даже возраст. Данные ДЗЗ дают возможность исследовать негативные процессы, которые воздействуют на леса: влияния вредителей, болезней, засухи. Эти данные применяют для того, чтобы составлять планы освоения лесных массивов и логистические задачи по транспортировке срубленных деревьев.
Система Кедр
По инициативе Всемирного фонда природы в России была создана технология, которая дает возможность вести мониторинг состояния леса на базе данных со спутников. Она получила название Система Кедр. В основе системы – обработка космических снимков нейронными сетями. Результаты мониторинга отображаются на интерактивной карте. На ней появляются сигналы о лесоизменениях. Эта информация нужна, чтобы определять места незаконных рубок леса и оперативно реагировать на нарушения. Лесные инспекторы заранее видят точки, где целостность лесного покрова нарушилась, и могут более эффективно проводить рейды.
Система Кедр — это цифровая платформа, которая дает возможность не только вести мониторинг лесоизменений и лесных пожаров, но и формировать отчетность и акты о лесонарушениях, а также содержит аналитическую информацию о вырубках и пожарах. Сейчас система используется на территории Дальневосточного федерального округа.
Со спутника – в нейронную сеть
Космический мониторинг основан на системе обнаружения изменений. Спутник круглосуточно делает снимки и посылает их в систему. Затем снимки одно и того же места, сделанные в разные промежутки времени, сравниваются между собой. Разницу между изображениями ищут вручную или автоматически. Качество автоматической дешифровки невысокое. Если этим занимается человек ,– профессиональный дешифровщик, — то процесс становится более эффективным, но и более трудоемким и дорогостоящим. В системе Кедр этой работой занимается искусственный интеллект.
Для анализа используются бесплатные снимки спутника Landsat с разрешением 30 метров, т.е. один пиксель снимка соответствует территории размером 30 на 30 метров. Процесс поиска изменений включается, когда в систему попадают обновления снимков со спутников. Сначала алгоритмы удаляют с них все помехи в виде облаков и теней. Затем очищенные снимки обрабатываются особым образом. Благодаря машинному обучению система анализирует материалы качественно и быстро. В результате проверки она сообщает о тех участках, на которых обнаружены новые лесоизменения.
Дрон в помощь
Космический мониторинг даёт общую информацию о состоянии леса, но когда нужно увидеть состояние конкретного участка, на помощь приходят дроны. Ими «усилена» система Кедр. Чтобы проверить участок леса, из которого поступил тревожный сигнал, Кедр составляет маршрут и автоматически отправляет на беспилотник лётное задание. Дрон облетает лесной массив и делает снимки высокого разрешения. Леснику понадобилось бы несколько часов, чтобы добраться в труднодоступные уголки леса даже на проходимой технике. Беспилотник делает его работу по анализу ситуации на местности за пять минут.
«Лесной инспектор»
Для работников лесничеств было создано мобильное приложение «Лесной инспектор», которое может работать без интернета. Приложение удобно использовать в полевых условиях, ведь в тайге, как правило нет не только интернет-сигнала, но и сотовой связи. Приложение синхронизируется с системой Кедр и загружает на мобильное устройство все карты с информацией о состоянии леса.
Мониторинг для «Умного леса»
Цифровизация лесного хозяйства проходит в каждом регионе по-своему. В Пермском крае создали информационную систему «Умный лес» для учета лесных ресурсов и их мониторинга, а ученые компании «ИнноГеоТех» из Института искусственного интеллекта в Иннополисе разаработали подсистему мониторинга лесных изменений. Создана она с той же целью, что и «Кедр»: отслеживать изменения в лесах и выявлять незаконные вырубки. Алгоритмы получают снимки со спутников Landsat 8 и Sentinel 2 в круглосуточном режиме и обрабатывают их. Сейчас подсистема дорабатывается и будет использовать также данные с отечественных спутников Ресурс-П и Канопус-В. Нейронная сеть способна отличить дымку или тень от облаков на снимке от лесоизменений, поэтому результаты анализа снимков получаются высокого качества.
Система уже работает на территории Республики Татарстан, в автоматизированном режиме она ведет наблюдение за лесами на территории 1,2 млн га и в Пермском крае на территории 28 лесничеств площадью более 12 млн гектаров. За время тестирования в этих регионах преимущества системы стали очевидны: благодаря ей проще выявлять лесонарушения, она повышает эффективность контрольно-надзорной деятельности и снижает затраты на патрулирование. В планах разработчиков – масштабировать систему на всю территорию России.
Спутники для борьбы с лесными пожарами
Данные, получаемые со спутников, могут быть важным инструментом в деле предотвращения лесных пожаров и борьбе с ними. Для разработки автоматизированной системы с использованием нейросетей Рослесхоз потратит 120 миллионов рублей до 2023 года. Планируется создать систему дистанционного зондирования с помощью искусственного интеллекта потенциально опасных зон и автоматизированную систему прогнозирования развития лесных пожаров.
В 2020 году МЧС разработало приложение «Термические точки». Это система уведомлений о температурных аномалиях и рисках возгораний. Сервис доступен для всех желающих. Он является частью информационной системы «Атлас опасностей и рисков». В основе приложения — алгоритм на основе искусственного интеллекта, который получает данные со спутников и непрерывно анализирует их. Обработанные данные попадают на веб-портал и в мобильное приложение в виде списка или карты объектов – термических точек. Для каждой точки выводятся данные по рискам возникновения пожара. Система уже дала результаты: она помогает МЧС и властям регионального и муниципального уровней быстрее реагировать на лесные пожары, тушить их на стадии возникновения, не допускать распространение огня к населенным пунктам, сокращать расходы бюджета на тушение пожаров.
Весной 2022 года в Якутии запустили собственную систему мониторинга пожаров. Модуль «Лесные пожары» системы «Оперативный мониторинг ЧС» разработан непосредственно в Якутии и представляет собой интерактивную карту с оперативными данными о пожарах. Он объединяет карты, спутниковые снимки и положительно зарекомендовавшие себя возможности «ИСДМ-Рослесхоз» и FIRMS.
Светлана Бабенко