Общая площадь лесов в Алтайском крае составляет почти 4,5 миллиона гектаров, и более 29 тысяч гектаров из них сегодня имеют различные повреждения. Доля "неустойчивых" лесных насаждений (так называют их лесопатологи) на первый взгляд кажется небольшой - всего 0,64 процента. Но специалистов беспокоит стремительное распространение болезней и вредителей в последнее время. Например, в Новичихинском лесничестве площадь усыхания деревьев за последние пять лет увеличилась сразу на пять тысяч гектаров, а в Горно-Колыванском лесничестве очаги повреждения жуком-короедом выросли в два раза всего за восемь лет.
Биологи АлтГУ называют несколько причин увеличения площади повреждения хвойных пород. Первая - это масштабное поднятие грунтовых вод, произошедшее в 2016 году. Тогда в зоне подтопления оказалось около 24 тысяч гектаров сосняков, и последствия этого природного явления ощущаются до сих пор. Еще одна причина - распространение полиграфа уссурийского, опасного жука-короеда, завезенного на Алтай предположительно с Дальнего Востока еще в 2012 году. Этот вредитель способен за два-три года довести здоровое дерево до критического состояния.
Цикл полного отмирания древостоя занимает около десяти лет, и изменения состояния лесов именно в этом временном отрезке ученые научились отслеживать из космоса. А с развитием искусственного интеллекта им удалось создать универсальный алгоритм, позволяющий дистанционно и с очень высокой точностью определять стадии усыхания деревьев. Автор разработки, старший преподаватель кафедры физической географии и геоинформационных систем АлтГУ Людмила Долгачева сама когда-то работала в лесозащите и о проблемах отрасли знает не понаслышке. Более десяти лет она занимается поиском способов уберечь "зеленые легкие" планеты от гибели.
- Мы взяли классический способ дешифрирования снимков из космоса, когда с помощью спектрального анализа удается выявлять очаги поражения лесных насаждений и их площадь, - рассказала корреспонденту "РГ" Людмила Долгачева. - Совместили его с возможностями ИИ, который уже по геометрическим признакам - форме, размеру крон лесных насаждений - может определять степень их повреждения. Получился тандем отечественной системы "Канопус-В" и европейской Sentinel-2 с мощной нейронной сетью U-Net. Благодаря интеллектуальной обработке космических снимков точность данных достигла 95 процентов, что позволяет принимать правильные и эффективные решения о защите лесов от болезней и вредителей. Например, если мы выявили только начальную степень повреждения деревьев, то достаточно провести обработку, а если ИИ обнаружил уже критическую стадию - нужны санитарные рубки.
До разработки этого алгоритма лесопатологи после получения космических снимков сами выезжали в очаги поражения и уже на земле подробно изучали ситуацию: считали, сколько деревьев повреждено, в каком они состоянии. Но проблема в том, что не в каждый уголок леса можно добраться. В труднодоступных местах - на затопленных, заболоченных и высокогорных участках - наземный мониторинг просто невозможно провести. Тут-то на помощь и приходит искусственный интеллект, который без выезда в лес позволяет получить точную картину происходящего, вплоть до состояния каждого конкретного дерева. Результат работы алгоритма накладывается на карту в открытой программе QGIS, давая лесникам готовую "картину болезней" для принятия срочных решений.
- Для начала мы взяли только два вида повреждений, - отметила Людмила Долгачева. - Это вымокание деревьев на затопленных участках и их поражение одним из самых опасных вредителей - полиграфом уссурийским. Такой выбор не случаен: именно эти виды повреждений чаще всего встречаются как раз на труднодоступных участках леса. Но в перспективе мы планируем обучить нейросеть точно определять все возможные повреждения лесных насаждений. Хотя не исключено, что для этого нам придется разработать новые методы исследования.
По мнению доцента кафедры физической географии и геоинформационных систем АлтГУ Ирины Ротановой, применение современных геоинформационных технологий и искусственного интеллекта для решения практических вопросов природопользования сегодня является одним из самых актуальных направлений в географии и геоэкологии. Такие разработки позволят лесникам защищать зеленое богатство от вредителей и капризов природы не вслепую, а с научной точностью.
Разработанные биологами ИИ-методики выявления очагов поражения лесных насаждений уже легли в основу учебных курсов АлтГУ при подготовке специалистов лесного хозяйства.