Ataque de escarabajos

Ya publiqué en Habré sobre las derrotas de los bosques de Siberia como una plaga peligrosa: el polígrafo Ussuri . Este escarabajo extremadamente prolífico y peligroso es capaz de destruir vastas áreas de bosques de abetos en poco tiempo y, desafortunadamente, es mucho mejor que los esfuerzos de las personas para combatir insectos peligrosos. El principal problema del monitoreo de los bosques en el área afectada por el escarabajo es la falta de especialistas y métodos modernos para un análisis rápido y preciso del estado del bosque afectado. Sin embargo, todavía hay algunos puntos positivos. Los vehículos aéreos no tripulados entran en batalla con una plaga peligrosa. UAV Por el contrario, vuelan ...

Monitoreo forestal. Que es esto

Hasta ahora, el monitoreo del estado de los bosques de abetos en el área afectada de Polygraphus proximus (el nombre científico del escarabajo - nota del autor ) se ha llevado a cabo durante observaciones periódicas desde tierra (en otras palabras, patas), lo cual es especialmente importante en caso de detección de focos de plagas y medidas de saneamiento. Esto puede ser un corte especial, procesamiento con productos biológicos o reactivos químicos. Sin embargo, tales estudios, debido a la inmensidad e inaccesibilidad de los territorios de taiga de Siberia, no proporcionan información completa sobre la propagación del proceso invasivo en la región. En parte, este problema podría resolverse mediante el uso de imágenes satelitales y vigilancia de la aviación, pero estos métodos tienen una extensa lista de restricciones sobre el detalle de la información y, lo que es más importante, el costo.

Recientemente, la implementación de exámenes patológicos forestales es posible utilizando el método remoto utilizando vehículos aéreos no tripulados, que se define en la Orden del Ministerio de Recursos Naturales de Rusia No. 480 del 16/09/2016. Este es un caso raro cuando a Rusia se le permitió relativamente rápido usar tecnología moderna para resolver problemas tan agudos.

Metodología para evaluar el estado del bosque utilizando UAV

Parece que aquí es complicado? Obtenga imágenes de UAV del bosque y todas las cosas. Pero esto es solo aparente simplicidad. Las condiciones óptimas para la detección remota de rodales forestales utilizando UAV están determinadas por la gama de tareas y, por lo tanto, el tipo de dispositivo, sus características técnicas y las recomendaciones del fabricante del UAV. Sin embargo, no todos los drones pueden ser adecuados para este tipo de tarea. Para seleccionar el tiempo para la fotografía aérea, es de suma importancia una buena visibilidad con un límite mínimo de nubes inferior de aproximadamente 300 metros bajo una iluminación uniforme.


No se recomiendan los ángulos parcialmente nublados o bajos de la luz del sol de la mañana o de la tarde, ya que las copas de los árboles dañados pueden distinguirse mal en las sombras. El momento más óptimo para la fotografía aérea con vehículos aéreos no tripulados generalmente coincide con los períodos de prospecciones de focos de plagas de tallo desde mediados de abril hasta principios de octubre.

Selección de tipo de UAV

Para los estudios operativos de pequeñas áreas del bosque afectado, se utilizan UAV semiindustriales, cuyas características permiten obtener imágenes no peores que 4000 × 3000 píxeles. El área de cobertura del área cuando el UAV se eleva 300 m sobre el suelo es de 0.2 km², y a una altitud de 500 m es de 0.5 km². La función de retención de UAV en un lugar y altitud dada le permite trabajar como una "torre de observación" con un radio de visión de hasta 3-4 km. Esto permite no solo evaluar el estado del bosque, sino también corregir posibles focos de incendios.


Quadrocopter le permite realizar una inspección operativa del fondo forestal en el modo de fotografía y video. Los árboles dañados por el polígrafo Ussuri se identifican en las imágenes por el cambio de color de la corona en comparación con los árboles intactos, lo que permite diferenciar fácilmente los árboles vivos y muertos y estimar su estado sanitario y el nivel de degradación por su participación en el bosque. La etapa inicial del daño del árbol conduce a un ligero cambio en la estructura y el color del abeto, que se puede ver en esta foto.


Sin embargo, después de algunas semanas se hace evidente que la lesión se vuelve irreversible. El árbol muere y se seca, convirtiéndose en una fuente de mayor riesgo de incendio.


Este es el tronco de un árbol afectado por un polígrafo. Tiene una gran cantidad de agujeros que atraviesa el escarabajo, penetrando debajo de la corteza. Al mismo tiempo, el árbol incluye un mecanismo de protección contra la plaga (libera mucha resina), pero esto debilita tanto al árbol que muere en unas pocas semanas.


En las imágenes del UAV, el bosque afectado parece ser colorido. Al mismo tiempo, los árboles verdes aún no se ven afectados por una plaga peligrosa, y los de color están en la etapa extrema de la derrota. Este tramo de bosque está condenado. Las lesiones de plagas están tan extendidas que en un año solo habrá madera muerta y madera muerta en este sitio, o este territorio estará cubierto por un incendio forestal.


Para monitorear vastas áreas forestales, los UAV de tipo ala son más adecuados. En particular, para examinar los soportes dañados por el polígrafo Ussuri, un dispositivo equipado con una cámara digital SONY A6000 (24 megapíxeles; distancia focal de la lente f = 20 mm; tipo de sensor: CMOS; tamaño de matriz: 23.5 × 15.6 mm; se probó la resolución 6000 × 4000 píxeles).

Procesamiento e interpretación de imágenes UAV

La tarea más importante para los especialistas es evaluar los resultados del monitoreo forestal utilizando imágenes de UAV. Dados los vastos territorios y la gran cantidad de datos, sería prometedor en nuestra opinión crear una red neuronal para analizar la información recibida, ya que los árboles afectados en las imágenes muestran signos de decodificación ciertos y bastante claros y repetitivos (el color de la corona cambia). Así es como se ven las coronas de los árboles en términos de daño de plagas, que condicionalmente se pueden tomar como "ejemplares". Aquí, se seleccionan fragmentos de coronas en forma de imágenes con una cierta resolución de varias decenas de píxeles de las imágenes forestales. Imágenes "ejemplares" similares (varios miles para empezar) pueden ser una base de datos para una red neuronal de prueba. Por supuesto, las imágenes deben de alguna manera normalizarse y prepararse para el análisis, y esto, por supuesto, también tiene sus propias peculiaridades.


I - árbol sano; II - un árbol debilitado; III - severamente debilitado
un arbol IV - un árbol moribundo; V - madera muerta fresca; VI - madera muerta vieja

Después de haber capacitado y capacitado a la red para analizar tales imágenes, puede obtener una herramienta poderosa para evaluar el estado de los bosques y, al mismo tiempo, reducir significativamente el factor humano en la toma de decisiones sobre la evaluación del grado de daño al soporte forestal. Sin embargo, esta es una tarea separada que requiere una solución adicional. En el futuro Quizás alguien de los queridos lectores de Habr le dirá (en comentarios o personalmente) cómo resolver este problema de la manera más óptima e interesante. ¿O alguien compartirá su experiencia en esta dirección o indicará soluciones preparadas?

Trampas

Bueno, no sin ellos. El uso de vehículos aéreos no tripulados generalmente está lleno de enormes obstáculos y diversas restricciones. Por un lado, excelente tecnología, pero tiene una serie de problemas. Administrativo relacionado con el registro de vehículos aéreos no tripulados, la apertura del espacio aéreo, las atrocidades de las autoridades reguladoras, por un lado, y los problemas técnicos, por el otro. Los UAV siguen siendo una tecnología bastante "en bruto", por lo que perder un avión no tripulado en el bosque siberiano debido a una falla de telemetría o problemas técnicos es muy simple. En el bosque, la propagación de las ondas de radio complica el dosel denso del bosque, el complejo paisaje del territorio. No siempre es posible proporcionar todos los requisitos del firmware en el UAV y, en primer lugar, debido a una mala conexión a Internet. Como lo demuestra la experiencia, los UAV modernos constantemente quieren obtener algo de Internet (o transferir algo allí) y, a veces, simplemente no quieren volar en ausencia de una red. Pero, muy probablemente, esto se debe al hecho de que, en general, se utilizan UAV no profesionales, aunque probablemente tengan problemas similares.

Tecnología de monitoreo de bosques de abetos

La metodología para evaluar el estado de los bosques de abetos en los lugares dañados por una plaga peligrosa se resume en un manual metodológico especial, que puede descargarse gratuitamente para su revisión por especialistas especializados (ISBN 978-5-9907381-1-9). Este manual es el resultado del trabajo de un gran equipo de investigadores del Instituto de Monitoreo de Sistemas Climáticos y Ecológicos de la rama siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia. Este manual será muy útil para especialistas forestales, así como para especialistas que realizan análisis del estado de los recursos forestales, ecologistas, científicos y forestales.


PD Al preparar esta publicación, accidentalmente me topé con una transmisión en vivo interesante en Vesti24 sobre temas forestales en la noche . Aquí está el enlace . Aprendí de la transmisión que en la Unión Soviética, se vendió más dinero por la venta de madera que por la venta de petróleo, que la industria forestal ahora no es solo un problema, sino que en general ... Me sorprendió esta transmisión y la severidad de la conversación de los expertos invitados. Aunque juzga por ti mismo! El aire, sin embargo, es de casi 50 minutos, considere este momento. En esta transmisión, en particular, los expertos tocaron los problemas sobre los que escribo en esta publicación.