Ataque de besouros

Eu já fiz um post sobre Habré sobre as derrotas das florestas da Sibéria como uma praga perigosa - o polígrafo Ussuri . Este besouro extremamente prolífico e perigoso é capaz de destruir vastas áreas de florestas de abetos em pouco tempo e, infelizmente, o faz muito melhor do que os esforços das pessoas para combater insetos perigosos. O principal problema do monitoramento de florestas na área afetada pelo besouro é a falta de especialistas e métodos modernos para uma análise rápida e precisa do estado da floresta afetada. No entanto, ainda existem alguns pontos positivos. Veículos aéreos não tripulados entram em batalha com uma praga perigosa. UAV. Pelo contrário, eles voam ...

Monitoramento florestal. O que é isso

Até agora, o monitoramento do estado das florestas de abetos na área afetada de Polygraphus próxus (o nome científico do besouro - nota do autor ) foi realizado durante observações periódicas no solo (em outras palavras, pernas), o que é especialmente importante no caso de detecção de focos de pragas e na nomeação de medidas sanitárias e de saúde. Pode ser um corte especial, processamento com produtos biológicos ou reagentes químicos. No entanto, tais estudos, devido à vastidão e inacessibilidade dos territórios taiga da Sibéria, não fornecem informações completas sobre a disseminação do processo invasivo na região. Parcialmente, esse problema pode ser resolvido pelo uso de imagens de satélite e vigilância da aviação, mas esses métodos têm uma extensa lista de restrições ao detalhamento das informações e, principalmente, ao custo.

Recentemente, a implementação de exames patológicos florestais é possível usando o método remoto usando veículos aéreos não tripulados, definido na Ordem do Ministério dos Recursos Naturais da Rússia nº 480, datada de 16/09/2016. Este é um caso raro, quando a Rússia foi autorizada relativamente rapidamente a usar a tecnologia moderna para resolver problemas tão agudos.

Metodologia para avaliar o estado da floresta usando UAVs

Parece que aqui é complicado? Obtenha imagens UAV da floresta e de todas as coisas. Mas isso é apenas aparente simplicidade. As condições ideais para a detecção remota de áreas florestais usando VANTs são determinadas pela variedade de tarefas e, portanto, pelo tipo de dispositivo, suas características técnicas e recomendações do fabricante do VANT. No entanto, nem todos os drones podem ser adequados para esse tipo de tarefa. Para selecionar o tempo para a fotografia aérea, é de suma importância uma boa visibilidade com um limite mínimo de nuvens de cerca de 300 metros sob iluminação uniforme.


Ângulos parcialmente nublados ou baixos da luz solar da manhã ou da noite não são recomendados, pois as copas das árvores danificadas podem ser pouco distinguidas nas sombras. O momento mais ideal para a fotografia aérea usando UAVs geralmente coincide com os períodos de pesquisas no solo dos focos de pragas do caule, de meados de abril ao início de outubro.

Seleção de tipo de UAV

Para exames operacionais de pequenas áreas da floresta afetada, são utilizados UAVs semi-industriais, cujas características permitem obter imagens não inferiores a 4000 × 3000 pixels. A área de cobertura da área quando o UAV se eleva a 300 m acima do solo é de 0,2 km² e a uma altitude de 500 m é de 0,5 km². A função de retenção de UAV em um determinado local e altitude permite que você trabalhe como uma “torre de observação” com um raio de visualização de até 3-4 km. Isso permite não apenas avaliar o estado da floresta, mas também corrigir possíveis focos de incêndio.


O Quadrocopter permite realizar uma inspeção operacional do fundo florestal no modo de fotografia e vídeo. As árvores danificadas pelo polígrafo Ussuri são identificadas nas fotos pela mudança de cor da copa em comparação às árvores intactas, o que possibilita diferenciar facilmente árvores vivas e mortas e estimar seu estado sanitário e nível de degradação por sua participação no estande da floresta. O estágio inicial dos danos às árvores leva a uma ligeira mudança na estrutura e na cor do abeto, o que pode ser visto nesta foto.


No entanto, após algumas semanas, percebe-se que a lesão se torna irreversível. A árvore morre e seca, tornando-se uma fonte de maior risco de incêndio.


Este é o tronco de uma árvore afetada por um polígrafo. Possui um grande número de orifícios pelos quais o besouro penetra, penetrando sob a casca. Ao mesmo tempo, a árvore inclui um mecanismo de proteção contra a praga (libera muita resina), mas isso enfraquece tanto a árvore que morre em poucas semanas.


Nas imagens UAV, a floresta afetada parece colorida. Ao mesmo tempo, as árvores verdes ainda não são afetadas por uma praga perigosa e as coloridas estão no estágio extremo da derrota. Este trecho de floresta está condenado. As lesões causadas por pragas são tão difundidas que, em um ano, apenas madeira morta e madeira morta estarão neste local, ou esse território será coberto por um incêndio florestal.


Para monitorar vastas áreas florestais, os UAVs do tipo asa são mais adequados. Em particular, para examinar os suportes danificados pelo polígrafo Ussuri, um dispositivo equipado com uma câmera digital SONY A6000 (24 megapixels; distância focal da lente f = 20 mm; tipo de sensor: CMOS; tamanho da matriz: 23,5 × 15,6 mm; a resolução foi testada 6000 × 4000 pixels).

Processamento e interpretação de imagens UAV

A tarefa mais importante para especialistas é avaliar os resultados do monitoramento florestal usando imagens de UAVs. Dados os vastos territórios e a grande quantidade de dados, seria promissor, em nossa opinião, criar uma rede neural para analisar as informações recebidas, uma vez que as árvores afetadas nas imagens mostram sinais de decodificação certos e bastante claros e repetidos (a cor da coroa muda). É assim que as copas das árvores se parecem em termos de danos causados ​​por pragas, que podem ser condicionalmente consideradas “exemplares”. Aqui, fragmentos de coroas na forma de imagens com uma certa resolução de várias dezenas de pixels são selecionados a partir de imagens da floresta. Imagens “exemplares” semelhantes (vários milhares para começar) podem ser um banco de dados para uma rede neural de teste. Obviamente, as imagens devem ser de algum modo normalizadas e preparadas para análise, e isso, é claro, também tem suas próprias peculiaridades.


I - árvore saudável; II - uma árvore enfraquecida; III - severamente enfraquecido
uma arvore; IV - uma árvore moribunda; V - madeira morta fresca; VI - madeira morta velha

Tendo treinado e treinado a rede para analisar essas imagens, você pode obter uma ferramenta poderosa para avaliar o estado das florestas e, ao mesmo tempo, reduzir significativamente o fator humano na tomada de decisões sobre a avaliação do grau de dano ao suporte florestal. No entanto, esta é uma tarefa separada que requer uma solução adicional. No futuro Talvez alguém dos queridos leitores de Habr diga (nos comentários ou pessoalmente) como resolver esse problema da maneira mais ótima e interessante. Ou alguém compartilhará sua experiência nessa direção ou indicará soluções prontas?

Armadilhas

Bem, não sem eles. O uso de UAVs geralmente é repleto de enormes obstáculos e várias restrições. Por um lado, excelente tecnologia, mas tem vários problemas. Administrativos relacionados ao registro de VANTs, à abertura do espaço aéreo, às atrocidades das autoridades reguladoras, por um lado, e a problemas técnicos, por outro. Os UAVs ainda são uma tecnologia "bruta", portanto, perder um drone na floresta da Sibéria devido a uma falha de telemetria ou problemas técnicos é muito simples. Na floresta, a propagação de ondas de rádio complica o denso dossel da floresta, a paisagem complexa do território. Nem sempre é possível fornecer todos os requisitos do firmware no UAV e, primeiro, devido a uma conexão ruim à Internet. Como mostra a experiência, os UAVs modernos constantemente querem obter algo da Internet (ou transferir algo para lá) e, às vezes, simplesmente não querem voar na ausência de uma rede. Mas, muito provavelmente, isso se deve ao fato de que, em geral, são usados ​​UAVs não profissionais, embora provavelmente tenham problemas semelhantes.

Tecnologia de monitoramento de florestas de abetos

A metodologia para avaliar o estado das florestas de abetos em locais de dano por uma praga perigosa é resumida em um manual metodológico especial, que pode ser baixado gratuitamente para revisão por especialistas especializados (ISBN 978-5-9907381-1-9). Este manual é o resultado do trabalho de uma grande equipe de pesquisadores do Instituto de Monitoramento de Sistemas Ecológicos e Climáticos do Ramo Siberiano da Academia Russa de Ciências. Este manual será muito útil para especialistas em silvicultura, bem como especialistas que conduzem uma análise do estado dos recursos florestais, ecologistas, cientistas, silvicultores.


PS Ao preparar este post, acidentalmente me deparei com uma transmissão ao vivo interessante da Vesti24 sobre questões florestais à noite . Aqui está o link . Aprendi com a transmissão que, na União Soviética, mais do que o petróleo foi vendido pela venda de madeira do que pela venda de petróleo, que a indústria florestal agora não é apenas um problema, mas em geral ... fiquei surpreso com essa transmissão e a gravidade da conversa dos especialistas convidados. Embora julgue por si mesmo! O ar, no entanto, é quase 50 minutos, considere esse momento. Nesta transmissão, em particular, os especialistas abordaram os problemas sobre os quais escrevo neste post.