Краткое обоснование

Для разработки эффективных мер защиты и сохранения животного мира в Арктике и Антарктиде необходим регулярный мониторинг состояния и численности животных и среды их обитания. Вверху пищевой пирамиды находятся морские млекопитающие – индикаторы изменений во всей экосистеме полярных районов. Издавна для оценки их численности используется авиасъемка. До сих пор мало что известно о численности морских животных. Для проведения эффективного мониторинга в суровых условиях полярных районов необходимы новые методы и технические средства сбора материалов и данных, а также современные методы их обработки.

Цель

Мониторинг состояния и мультивидовой авиаучет животных в полярных районах. 

Краткое описание проекта

Для учета морских млекопитающих производится авиасъемка с борта нескольких беспилотников (БПЛА), базирующихся на ледоколе. БПЛА оснащаются камерами в различных областях оптического спектра, включая тепловизоры и ультрафиолетовые камеры, также навигационными системами, высотомерами и другими датчиками. Ледокол обеспечивает поступательное движение в широтном направлении, а беспилотники ведут съемку галсами преимущественно в направлении, перпендикулярном движению ледокола.

После предварительной бортовой обработки и сжатия собранные материалы 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 беспилотников, маршруты и высоты авиасъёмки

Выбор БПЛА зависит от спецификации работы. Существуют дроны 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 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 авиаучёте предъявляются особые требования к аппаратуре: камеры должны иметь высокое разрешение, иметь широкий угол обзора и быть стабильными при вибрации. 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 идентифицируя животных на земле. Для обнаружения и распознавания животных используются 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 и интерпретация результатов авиаучёта

На последнем этапе данные экстраполируются на всю исследованную территорию и производится оценки численности животных. Результаты интерпретируются биологами совместно с другими специалистами. Затем результаты учётов использоваться для оценки состояния полярных экосистем 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 методов и техники авиасъемки и методов сбора материалов;
   · совершенствование и автоматизация методов обработки материалов и учета животных;
   · совершенствование методов экстраполяции и алгоритмов оценки численности морских животных;
   · совершенствование интерпретации результатов авиаучета животных в полярных районах. 

Николай Кузнецов, n-kuz@yandex.ru Январь 2023