Мультиспектральная съемка - это метод получения информации о свойствах объектов путем анализа их взаимодействия с электромагнитным излучением в различных диапазонах длин волн. Ее проводят с помощью специальных камер с сенсором, разделяющим свет на разные спектры. В отличие от обычной цветной фотографии, которая пользуется только тремя каналами (красным, зеленым и синим), мультиспектральная съемка для получения информации о свойствах объекта на разных длинах волн может использовать несколько десятков каналов.
Новая технология предполагает использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), оснащенных мультиспектральными камерами (лидарами). Таким образом можно оценить характеристики лесного массива в целом или отдельных деревьев, в зависимости от того, с какой высоты выполнена съемка, потому что лазерные импульсы проникают под полог леса. В результате лесопользователи смогут с высокой точностью проводить оценку характеристик леса: координат, количества деревьев, запаса древесины и других данных.
- Лесное хозяйство наряду с другими отраслями переживает период цифровой трансформации, - пояснил руководитель проекта доктор географических наук, профессор кафедры картографии и геоинформатики географического факультета университета Андрей Шихов. - Наиболее важна такая трансформация для таксации лесов, которая позволит грамотно распоряжаться лесными ресурсами и сохранить природный потенциал. Наиболее высокая точность требуется при подеревной таксации - оценке характеристик леса. До сих пор эта работа выполняется в ручном режиме, что весьма затратно, а полученный результат субъективен. Мы создаем технологию, в которой используются мультиспектральная съемка с БПЛА, высокоточная геодезия, воздушное лазерное сканирование и машинное обучение.
Исследование ученых проводится при помощи индустриального партнера - компании "Пермский целлюлозно-бумажный комбинат", который является активным пользователем лесных богатств Прикамья. Компания периодически проводит таксацию лесов на территориях, где ведется заготовка древесины для дальнейшей переработки. Цель этого процесса - получить актуальные и достоверные сведения о лесах и лесных ресурсах, их состоянии, а также их количественных и качественных характеристиках.
Благодаря взаимодействию с индустриальным партнером ученые получили доступ к большому объему данных съемки и наземных обследований на сотнях участков в разных районах Пермского края. Данные съемки обрабатываются методами сегментации: в лесном массиве выделяются отдельные деревья, оценивается их количество на делянке и характеристики. Также проводится сопоставление с наземными измерениями, которые используются в качестве проверочных. Тем самым формируется обучающая выборка. Когда ее объем будет доведен до нескольких тысяч деревьев, заработает машинное обучение. Оно позволит по данным съемки с БПЛА оценивать те характеристики деревьев, которые ранее измерялись только наземным путем. В частности, так можно будет получать информацию о запасах древесины на определенной лесной территории.
Кстати, технология лазерной съемки с высоты птичьего полета может быть использована не только в лесной, но и сельскохозяйственной отрасли для обследования полей, садов и виноградников. С ее помощью проводят оценку здоровья растений, измеряя свет, который они отражают в различных диапазонах длин волн. Например, таким образом можно выяснить, что посевы начали испытывать стресс. Эта информация очень нужна сельхозпроизводителям для сохранения урожая.
Работы по созданию технологии воздушного мультиспектрального сканирования стартовали в этом году при финансовой поддержке министерства образования и науки Пермского края. Итогом реализации проекта станет программный продукт, совместимый с открытой геоинформационной системой QGIS.