Краткое обоснование
Для разработки эффективных мер защиты и сохранения животного мира в Арктике и Антарктиде необходимы регулярные исследования полярных животных и среды их обитания. Издавна для их изучения используется пилотируемая авиация, а сейчас беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Но доо сих пор мало что известно об их численности и состоянии. Для проведения эффективного мониторинга в суровых полярных условиях необходимы новые методы и технические средства сбора материалов на базе БПЛА, а также современные компьютерные методы их обработки.
Цель
Мониторинг состояния и мультивидовой учет животных с БПЛА в полярных районах.
Краткое описание проекта
Для учета морских млекопитающих производится авиасъемка с борта нескольких БПЛА, базирующихся на ледоколе или берегу. Беспилотники оснащаются камерами в различных областях оптического спектра, включая тепловизоры и ультрафиолетовые камеры, а также навигационными системами, высотомерами и другим оборудованием. Ледокол обеспечивает поступательное движение вперед, а БПЛА ведут съемку галсами преимущественно в направлении, перпендикулярном движению ледокола.
После предварительной бортовой обработки и сжатия собранные материалы с БПЛА оперативно передаются в центр обработки на ледоколе для дальнейшего планирования полетов и далее в береговой центр тематической обработки и анализа данных. Для оценки численности животных производится экстраполяция выборочных данных и оценка численности животных.
Сбор материалов и обработка данных
Определение района работ и выбор времени авиасъёмки
Первоначальный этап включает определение района авиасъёмочных работ. Для этого необходимо учитывать размер территории, тип местности и плотность распределения животных. Выбор оптимального времени для съёмки зависит от жизненного цикла животных. Авиасъёмка должна производится в такой период активности животных, когда можно выполнить наиболее полный авиаучёт.
Выбор БПЛА, маршруты и высоты авиасъёмки
Выбор беспилотника зависит от спецификации работы. Существуют БПЛА для детальной съёмки небольших участков и более крупные летательные аппараты для охвата больших территорий. Маршруты полёта прокладываются таким образом, чтобы получить наиболее полное и равномерное покрытие района без перекрытий или больших пробелов. Высота полета беспилотника должна обеспечивать как достаточное разрешение изображений для обнаружения животных, так и обеспечивать широкий обхват местности для большей выборки.
Методы авиасъёмки животных
Применяются методы как непосредственного обнаружения животных, так и по следам их жизнедеятельности. Кроме обычной цифровой фотосъёмки в видимой области спектра применяется инфракрасная, ультрафиолетовая и другие виды съёмки. Применение тепловизоров позволяет определять животных по тепловому следу даже в условиях слабой видимости или густой растительности, а использование ультрафиолета позволяет обнаруживать замаскированных особей.
При учёте с БПЛА предъявляются особые требования к аппаратуре: камеры должны иметь высокое разрешение, широкий угол обзора и быть стабильными при вибрации, выдерживать жёсткие условия эксплуатации. Углы съёмочной аппаратуры должны быть метрологически откалиброваны. Кроме авиасъёмочной аппаратуры для проведения учёта необходимы навигационная система, точный высотомер, датчики положения летательного аппарата.
Дешифрирование авиаснимков
На этапе дешифрирования авиаснимков специалисты анализируют полученные материалы, классифицируя типы ландшафта и идентифицируют животных на льду, земле или в воде. Для обнаружения и распознавания животных применяются как ручные методы, так и компьютерные с использованием нейросетей.
Подсчет животных и корректировка недоучета
Подсчет количества животных на снимках осуществляется путем прямого подсчета особей на изображениях. При этом недоучет на краях полосы учёта корректируется с помощью статистических моделей. Оценивается также степень недоучета из-за сложностей местности и особенностей поведения животных.
Экстраполяция данных учётов и интерпретация результатов работ
На последнем этапе данные учёта экстраполируются на всю исследованную территорию и производятся оценки численности животных разного вида. Результаты работ интерпретируются биологами совместно с другими специалистами. Затем результаты работ могут использоваться для оценки состояния полярных экосистем, их защиты и разработки стратегий сохранения биоразнообразия.
Подготовка к работам
Для реализации всего проекта требуется тщательная научно-техническая подготовка по биологическому, экологическому, географическому и другим направлениям, а также серьезное математическое и организационно-техническое обеспечение работ. Комплексный подход диктует объединение усилий профессионалов разного профиля — от биологов до технических и IT-специалистов.
Среди приоритетных направлений можно выделить следующие:
· «перепись» видов животных, обитающих в полярных районах, и характеристика их среды обитания;
· разработка и совершенствование БПЛА и техники авиасъемки, а также методов авиасъёмки;
· совершенствование и автоматизация методов сбора, обработки материалов и учета животных;
· совершенствование методов экстраполяции и алгоритмов оценки численности морских животных;
· совершенствование интерпретации результатов исследований животных в полярных районах.
Николай Кузнецов, n-kuz@yandex.ru Январь 2023
