Käfer greifen an

Ich habe bereits einen Beitrag über Habré über Niederlagen der sibirischen Wälder als gefährlicher Schädling geschrieben - den Ussuri-Polygraphen . Dieser äußerst produktive und gefährliche Käfer ist in der Lage, große Gebiete von Tannenwäldern in kurzer Zeit zu zerstören, und leider ist er viel besser als die Bemühungen der Menschen, gefährliche Insekten zu bekämpfen. Das Hauptproblem bei der Überwachung der Wälder in dem vom Käfer betroffenen Gebiet ist der Mangel an Spezialisten und modernen Methoden zur schnellen und genauen Analyse des Zustands des betroffenen Waldes. Es gibt jedoch noch einige positive Punkte. Unbemannte Luftfahrzeuge kämpfen mit einem gefährlichen Schädling. UAV. Vielmehr fliegen sie ...

Waldüberwachung. Was ist das?

Bisher wurde die Überwachung des Zustands der Tannenwälder im betroffenen Gebiet von Polygraphus proximus (der wissenschaftliche Name des Käfers - Anmerkung des Autors ) während periodischer bodengestützter Beobachtungen (dh Beine) durchgeführt, was insbesondere bei der Erkennung von Schädlingsherden und der Ernennung von Hygiene- und Gesundheitsmaßnahmen wichtig ist. Dies kann ein spezielles Schneiden, Verarbeiten mit biologischen Produkten oder chemischen Reagenzien sein. Aufgrund der Weite und Unzugänglichkeit der Taiga-Gebiete Sibiriens liefern solche Studien jedoch keine vollständigen Informationen über die Ausbreitung des invasiven Prozesses in der Region. Teilweise könnte dieses Problem durch die Verwendung von Satellitenbildern und Luftfahrtüberwachung gelöst werden, aber diese Methoden weisen eine umfangreiche Liste von Einschränkungen hinsichtlich der Detaillierung von Informationen und vor allem der Kosten auf.

In jüngster Zeit ist die Durchführung waldpathologischer Untersuchungen mit der Fernmethode unbemannter Luftfahrzeuge möglich, die in der Verordnung des russischen Ministeriums für natürliche Ressourcen Nr. 480 vom 09.16.2016 festgelegt ist. Dies ist ein seltener Fall, in dem Russland relativ schnell moderne Technologien einsetzen durfte, um solche akuten Probleme zu lösen.

Methode zur Bewertung des Waldzustands mithilfe von UAVs

Es scheint, dass hier kompliziert ist? Holen Sie sich UAV-Bilder des Waldes und aller Dinge. Dies ist jedoch nur eine scheinbare Einfachheit. Die optimalen Bedingungen für die Fernerkundung von Waldbeständen mit UAVs werden durch den Aufgabenbereich und damit den Gerätetyp, seine technischen Eigenschaften und Empfehlungen des Herstellers des UAV bestimmt. Allerdings kann nicht jede Drohne für diese Art von Aufgabe geeignet sein. Für die Auswahl des Zeitpunkts für die Luftaufnahme ist eine gute Sichtbarkeit mit einer minimalen unteren Wolkengrenze von etwa 300 Metern bei gleichmäßiger Beleuchtung von größter Bedeutung.


Teilweise bewölkte oder niedrige Winkel des morgendlichen oder abendlichen Sonnenlichts werden nicht empfohlen, da die Kronen beschädigter Bäume im Schatten schlecht unterschieden werden können. Die optimalste Zeit für Luftaufnahmen mit UAVs fällt normalerweise mit den Zeiträumen der Bodenuntersuchungen von Stammschädlingsherden von Mitte April bis Anfang Oktober zusammen.

Auswahl des UAV-Typs

Für Betriebsuntersuchungen in kleinen Gebieten des betroffenen Waldes werden halbindustrielle UAVs verwendet, deren Eigenschaften es ermöglichen, Bilder zu erhalten, die nicht schlechter als 4000 × 3000 Pixel sind. Das Gebiet, in dem sich das UAV 300 m über dem Boden erhebt, beträgt 0,2 km² und in einer Höhe von 500 m 0,5 km². Mit der UAV-Rückhaltefunktion an einem bestimmten Ort und in einer bestimmten Höhe können Sie als „Aussichtsturm“ mit einem Betrachtungsradius von bis zu 3-4 km arbeiten. Dies ermöglicht nicht nur die Beurteilung des Waldzustandes, sondern auch die Behebung möglicher Brandherde.


Mit Quadrocopter können Sie eine Betriebsinspektion des Waldfonds in Form von Fotografie und Video durchführen. Durch den Ussuri-Polygraphen beschädigte Bäume werden auf den Bildern durch die Farbänderung der Krone im Vergleich zu intakten Bäumen identifiziert, wodurch es möglich ist, lebende und tote Bäume leicht zu unterscheiden und ihren hygienischen Zustand und den Grad der Verschlechterung anhand ihres Anteils am Waldbestand abzuschätzen. Das Anfangsstadium der Baumschädigung führt zu einer leichten Änderung der Struktur und Farbe der Tanne, die auf diesem Foto zu sehen ist.


Nach einigen Wochen fällt jedoch auf, dass die Läsion irreversibel wird. Der Baum stirbt und trocknet und wird zu einer Quelle erhöhter Brandgefahr.


Dies ist der Stamm eines Baumes, der von einem Polygraphen betroffen ist. Es hat eine große Anzahl von Löchern, durch die der Käfer gebissen hat und die unter die Rinde eindringen. Gleichzeitig verfügt der Baum über einen Schutzmechanismus gegen den Schädling (er setzt viel Harz frei), der den Baum jedoch so stark schwächt, dass er in wenigen Wochen stirbt.


In den UAV-Bildern erscheint der betroffene Wald bunt. Gleichzeitig sind grüne Bäume noch nicht von einem gefährlichen Schädling betroffen, und farbige Bäume befinden sich im äußersten Stadium der Niederlage. Dieser Waldabschnitt ist zum Scheitern verurteilt. Schädlingsläsionen sind so weit verbreitet, dass in einem Jahr nur totes Holz und totes Holz an dieser Stelle sein werden oder dieses Gebiet von einem Waldbrand bedeckt sein wird.


Für die Überwachung großer Waldgebiete sind UAVs vom Flügeltyp besser geeignet. Um insbesondere die durch den Ussuri-Polygraphen beschädigten Ständer zu untersuchen, wurde ein Gerät getestet, das mit einer SONY A6000-Digitalkamera (24 Megapixel; Brennweite des Objektivs f = 20 mm; Sensortyp: CMOS; Matrixgröße: 23,5 × 15,6 mm; Auflösung) ausgestattet war 6000 × 4000 Pixel).

Verarbeitung und Interpretation von UAV-Bildern

Die wichtigste Aufgabe für Spezialisten besteht darin, die Ergebnisse der Waldüberwachung anhand von Bildern von UAVs zu bewerten. Angesichts der riesigen Gebiete und der großen Datenmenge wäre es unserer Meinung nach vielversprechend, ein neuronales Netzwerk zur Analyse der empfangenen Informationen zu schaffen, da die betroffenen Bäume in den Bildern bestimmte und recht klare und sich wiederholende Dekodierungszeichen aufweisen (die Farbe der Krone ändert sich). So sehen die Baumkronen in Bezug auf Schädlingsschäden aus, die bedingt als „vorbildlich“ angesehen werden können. Hier werden aus Waldbildern Kronenfragmente in Form von Bildern mit einer bestimmten Auflösung von mehreren zehn Pixeln ausgewählt. Ähnliche "beispielhafte" Bilder (zunächst mehrere Tausend) können eine Datenbank für ein neuronales Testnetzwerk sein. Natürlich müssen Bilder irgendwie normalisiert und für die Analyse vorbereitet werden, und dies hat natürlich auch seine eigenen Besonderheiten.


Ich - gesunder Baum; II - ein geschwächter Baum; III - stark geschwächt
ein Baum; IV - ein sterbender Baum; V - frisches totes Holz; VI - altes totes Holz

Nachdem Sie das Netzwerk für die Analyse solcher Bilder geschult und geschult haben, können Sie ein leistungsstarkes Tool zur Beurteilung des Waldzustands erhalten und gleichzeitig den menschlichen Faktor bei Entscheidungen über die Beurteilung des Schadensgrades des Standes erheblich reduzieren. Dies ist jedoch eine separate Aufgabe, für die eine zusätzliche Lösung erforderlich ist. In der Zukunft. Vielleicht wird jemand von den lieben Lesern von Habr (in Kommentaren oder persönlich) sagen, wie man dieses Problem auf die optimalste und interessanteste Weise löst. Oder wird jemand seine Erfahrungen in dieser Richtung teilen oder vorgefertigte Lösungen vorschlagen?

Fallstricke

Nun, nicht ohne sie. Die Verwendung von UAVs ist im Allgemeinen mit großen Hindernissen und verschiedenen Einschränkungen behaftet. Einerseits hervorragende Technologie, hat aber eine Reihe von Problemen. Verwaltungsbezogen im Zusammenhang mit der Registrierung von UAVs, der Öffnung des Luftraums, den Gräueltaten der Regulierungsbehörden einerseits und technischen Problemen andererseits. UAVs sind immer noch eine ziemlich "rohe" Technologie, daher ist es sehr einfach, eine Drohne im sibirischen Wald aufgrund eines Telemetriefehlers oder technischer Probleme zu verlieren. Im Wald erschwert die Ausbreitung von Radiowellen die dichte Überdachung des Waldes, die komplexe Landschaft des Territoriums. Es ist nicht immer möglich, alle Anforderungen der Firmware im UAV bereitzustellen, und vor allem aufgrund einer schlechten Internetverbindung. Wie die Erfahrung zeigt, möchten moderne UAVs ständig etwas aus dem Internet erhalten (oder etwas dorthin übertragen) und manchmal möchten sie einfach nicht fliegen, wenn kein Netzwerk vorhanden ist. Dies ist jedoch höchstwahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass im Großen und Ganzen nicht professionelle UAVs verwendet werden, obwohl sie wahrscheinlich ähnliche Probleme haben.

Technologie zur Überwachung von Tannenwäldern

Die Methode zur Bewertung des Zustands von Tannenwäldern an Orten, an denen ein gefährlicher Schädling Schaden anrichtet, ist in einem speziellen Methodenhandbuch zusammengefasst, das zur Überprüfung durch spezialisierte Spezialisten kostenlos heruntergeladen werden kann (ISBN 978-5-9907381-1-9). Dieses Handbuch ist das Ergebnis der Arbeit eines großen Forscherteams am Institut für Klima- und Ökosystemüberwachung des Sibirischen Zweigs der Russischen Akademie der Wissenschaften. Dieses Handbuch ist sowohl für Forstfachleute als auch für Spezialisten, die eine Analyse des Zustands der Waldressourcen durchführen, Ökologen, Wissenschaftler und Förster von großem Nutzen.


PS Bei der Vorbereitung dieses Beitrags bin ich versehentlich auf eine interessante Live-Übertragung auf Vesti24 über Forstfragen am Abend gestoßen . Hier ist der Link . Ich habe aus der Sendung erfahren, dass in der Sowjetunion mehr Geld aus dem Verkauf von Holz als aus dem Verkauf von Öl verkauft wurde, dass die Forstindustrie jetzt nicht nur ein Problem ist, sondern im Allgemeinen ... Ich war überrascht über diese Sendung und die Schwere des Gesprächs der eingeladenen Experten. Obwohl Sie selbst beurteilen! Die Luft ist jedoch fast 50 Minuten, betrachten Sie diesen Moment. Insbesondere in dieser Sendung haben Experten die Probleme angesprochen, über die ich in diesem Beitrag schreibe.