Авіаоблік білих ведмедів та екологічний моніторинг місць їх проживання на території ДПЗ «Ведмежі острови» у 2023 році

ДПЗ «Ведмежі острови» у 2023 році />

Від редакції Розвиток сучасних технологій повільно, але чітко відсуває убік сучасні способи обліку та оцінки чисельності мисливських тварин. Зокрема, зимовий маршрутний облік (який лають вже просто абсолютно все) може бути віднесений до методик навіть не минулого, а скоріше позаминулого століття. На зміну цим методикам приходить hi-tech: дрони, тепловізори та штучний інтелект – як у запропонованій нижче статті якутських колег.

У 2020 році постановою Уряду Російської Федерації № 954 на території МО Нижньоколимський улус (район) Республіки Саха (Якутія) був створений державний природний заповідник «Ведмежі острови» на базі природних територій регіонального значення, що раніше існували особливо охоронюваних. Загальна площа заповідника становить 815,5 тисячі гектарів, з них 482 тисячі гектарів припадає на морську частину та 333,5 тисячі гектарів – на материкову.

Державний природний заповідник «Ведмежі острови» приділяє особливу увагу моніторингу та охороні білого ведмедя, який належить до особливо охоронюваних видів світової фауни. З моменту заснування заповідника щорічно проводиться осінній авіамоніторинг. Його мета – збір даних про розподіл та чисельність білих ведмедів на архіпелазі Ведмежі острови та узбережжя Нижньоколимського району Якутії, що входять на територію заповідника, у передзимній період. В рамках моніторингу виконуються такі завдання: пошук білих ведмедів на островах архіпелагу та узбережжя, оцінка їх статево-вікової структури, поведінки та фізіологічного стану. Це особливо важливо у період, коли тварини змушені перебувати на суші до утворення стійкого льодового покриву.

Малюнок 1. Робоче вікно ЕОМ НПУ управління польотами БЛА

У 2023 році було успішно впроваджено інноваційний підхід до проведення авіамоніторингу. У вересні здійснено інструментальний авіамоніторинг за участю фахівців АНО «Екофактор». Підрахунок чисельності білих ведмедів біля заповідника проводився з використанням безпілотного літального апарату (БПЛА) «Орлан-10», обладнаного системою для аерофотозйомки з подальшим підключенням нейромережі.

Технічне забезпечення аерофотозйомки

Для виконання аерофотознімальних робіт використовувався безпілотний аерофотознімальний комплекс на базі БЛА «Орлан-10». Безпілотник «Орлан-10» виконаний за класичною аеродинамічною схемою з верхнім розташуванням крила, чотиритактним двигуном і гвинтом, що тягне, що володіє кращою аеродинамічною якістю серед застосовуваних для БЛА літакових схем. Фотографування здійснюється за допомогою наступних приладів:

• середньоформатний фотоапарат PhaseOne iXM-50 (50 Мп) із об'єктивом RSM 35 мм;
• тепловизор, що неохолоджується, роздільною здатністю 704×576 пікс. з діапазоном 75-135 мкм;
• IP-відеокамера роздільною здатністю FullHD (1920×1080, 25 к/с).

Зйомка відбувається автоматично, з дотриманням заданих параметрів. Наземна частина є мобільною, транспортується на мікроавтобусі та експлуатується екіпажем із 2 осіб. Протягом польоту здійснюється передача даних телеметрії та інформації на комп'ютер наземного пункту керування (НПУ). Отримані дані зберігаються, обробляються та візуалізуються на екрані комп'ютера НПУ.

Рисунок 2. Загальний вигляд стартової позиції на о. Чотирьохстовповий

Польоти виконувались з двох майданчиків: о-в Чотирьохстовпової знімався безпосередньо з цього ж острова (рис. 2) під час 3-годинної зупинки вертольота, що доставляв особовий склад та обладнання до кордону «Кургідіно-Хрестова», польоти на виконання авіамоніторингу решти 5 островів. «Ведмежі острови» виконувалися з території вищезгаданого кордону.

При виконанні аерознімальних робіт БЛА утримувався на лінії заданого маршруту та проектної висоті польоту за інформацією, що отримується бортовим приймачем GNSS. Інформація про поточне положення літака та необхідну телеметрію з борту БЛА відображалася в реальному часі на моніторі оператора НПУ. Відповідно до записаних у комп'ютер координатами центрів фотографування (КЦФ) у системі координат WGS-84 автопілот автоматично в потрібній точці простору давав команду відкриття затвора і запис поточних координат центрів фотографування. При виконанні знімка фотоапарат автоматично встановлював необхідні параметри експозиції з метою отримання найбільш оптимальних фотографій якості знімків.

Рисунок 5. Робочий момент – укладання парашута після приземлення

Аерофотознімальні роботи з використанням безпілотного авіаційного комплексу (БАК) виконувались з 8 до 18 годин місцевого часу. Польоти виконувалися на відстань до 85 км від НПУ. Максимальна тривалість польоту БЛА становила до 9 год. 2 хв. за 1 політ, загальний політний час при виконанні аерознімальних робіт становив 34 год 4 хв., загальна кількість аерофотознімків високої роздільної здатності – 25 080 а/сн., загальна довжина аерознімальних маршрутів – 2726 км. Просторова роздільна здатність аерофотознімків високої роздільної здатності склала від 3 до 7 см/піксель.

Території острова Чотирьохстовпової були відзняті лише частково (через обмежений час стоянки вертольота було відзнято периметр острова і приблизно 1/8 площі острова), територію острова Крестовський було знято приблизно з 70% покриттям. Застосування диференціальних супутникових спостережень на базовій станції та бортових GNSS-приймачах дозволило забезпечити точність визначення координат центрів фотографій (далі – КЦФ) не гірше за 0,15 м. Польоти виконували в середньому на висоті 300 м, залежно від умов безпілотники або знижувалися до 250 м, або здіймалися до 400 м.

Післяпольотна експрес-обробка матеріалів, контроль якості

Фотографії високої роздільної здатності з фотокамер PhaseOne iXM-50 зберігалися на знімному носії в RAW – форматі фірми PhaseOne (*.IIQ) і для зручності подальшої роботи з ними вимагали перетворення у формат JPEG. Перед конвертацією проводився перегляд вихідних аерознімків, у разі потреби виконувалася корекція експозиції (освітлення) аерознімків. Загальний час конвертації аерознімків високої роздільної здатності становив близько 80 годин (виконувалося на високопродуктивному ноутбуці ASUS G751J, оперативна пам'ять 32 Gb, процесор Core I7 2000 Hz, дискретна відеокарта NVIDIA GeForce GTX 980M). Супутникові GNSS-спостереження фіксувалися бортовими приймачами Javad TRE-G3T і після польоту оброблялися спільно зі спостереженнями базової ГНСС-станції з метою отримання високоточної траєкторії польоту і координат центрів знімків в ПО GrafNav 8.90 (отримана точність в плані і по висоті не гірше).

Малюнок 6. Картосхема виконаних з 15 до 21 вересня 2023 р. маршрутів аерофотозйомки на ДПЗ «Ведмежі острови»

При первинному перезаписі файли з фотографіями перейменовуються, їм присвоюються імена формату «Місяць-День-Рік-Час-Хвилина-Секунда_НомерКадра, присвоєний фотоапаратом». Здійснюється обробка навігаційних даних, перевірка прив'язки отриманих матеріалів до єдиного часу. Для наочного уявлення будуються картосхеми маршрутів авіазйомки (приклад картосхеми наведено на рис. 6) із зазначенням номерів виконаних фотознімків

Технічний контроль якості виконуваних видів робіт у процесі виробництва здійснювався за етапами виконавцями, оператором БЛА та керівником групи авіамоніторингу І.В. Чорнооким. Фото-, відео- та інфрачервоні матеріали переглядалися після закінчення кожного польотного дня з метою оцінки якості одержуваних матеріалів, оптимального налаштування авіазнімальної апаратури перед наступними польотами, а також для підрахунку зареєстрованих білих ведмедів. Фотографії з щільним туманом переміщалися в окрему папку. Образотворна якість матеріалів аерозйомки відповідає вимогам ТЗ. На аерознімках легко помітні окремі особини білих ведмедів, крім того, було зафіксовано антропогенні забруднення узбережжя Східно-Сибірського моря, зокрема у вигляді великих скупчень численних металевих 200-літрових бочок з-під палива.

Рисунок 7. Приклад ОФП на острові Андрєєва

За матеріалами отриманих матеріалів аерозйомки збудовано ортофотоплани оптичною роздільною здатністю 7 см/піксель на територію загальною площею 325,4 кв. км. Ортофотоплани дозволять точніше визначити площі забруднень берегової лінії, а також, у разі проведення щорічних повторних авіамоніторингів, оцінити швидкість ерозії (розмиву) берегової лінії материкової частини ГПЗ «Ведмежі острови», що значно прискорилася в останні роки внаслідок підвищення середньорічних температур та танення віч.

Післяпольотна оперативна обробка матеріалів аерофотозйомки за допомогою нейромережі

Для оперативного реагування ситуацію авіазйомки після кожного польоту проводилася обробка результатів з допомогою нейромережі. Для цього нейромережа була навчена за результатами авіазйомки 2022 року. на острові Врангеля. Також для цієї мети було придбано комп'ютер з необхідною апаратною конфігурацією. Час обробки одного польоту складав 8–10 годин. Результатом роботи нейромережі був набір вирізок із вихідних фотографій передбачуваних білих ведмедів з інформацією про розташування на фото. Потім весь обсяг вирізок проглядався, і непотрібні вирізки віддалялися. Також видалялися дублюючі вирізки одного ведмедя. Після цього проводилася координатна прив'язка виявлених ведмедів та нанесення їх на картосхему. Наприклад на рис. 9 наведено картосхеми місць виявлення нейромережею ведмедів, а табл. 1 – число ведмедів. Приклади фрагментів фотографій білих ведмедів наведено на рис. 11.

Малюнок 9. Виявлені на островах нейромережею ведмеді та маршрути польотів

Оперативна обробка необхідна уявлення реальної ситуації та дозволяє оптимально будувати наступні маршрути. Наприклад, після польоту по узбережжю материка було виявлено відсутність ведмедів далі 1 км від берегової межі, тому було вирішено наступні галси будувати з інтервалом 1 км, що дозволило заощадити політний час. Обробка нейромережею цього польоту виявила правильність ухваленого рішення. На внутрішніх галсах не було виявлено жодного ведмедя.

Таблиця 1. Виявлені нейромережею білі ведмеді районами

Також було зареєстровано місця виявлення антропогенних забруднень. Картосхему місць виявлення антропогенних забруднень наведено на рис. 13, а приклади забруднень – на рис. 14.

Розрахунок чисельності білого ведмедя за результатами авіаобліку на території ДПЗ «Ведмежі острови»

З 15 по 21 вересня 2023 р. на території ДПЗ «Ведмежі острови» проведено авіаоблік білого ведмедя та екологічну авіазйомку території заповідника із застосуванням БПЛА з великою дальністю польоту. Картосхеми всіх польотів із нанесенням маршрутів польотів різних днів та місць зустрічі білих ведмедів наведено вище (див. рис. 9). Практично на всій території заповідника проведено суцільну авіазйомку, за підсумками якої зареєстровано 183 особи білого ведмедя. Проте аерозйомка острова Крестовський виконувалася 3 рази: 17, 18 та 19 вересня.

Рисунок 11. Приклад фото виявлених з БПЛА білих ведмедів

17 вересня завершити заплановану зйомку острова не вдалося: через туман і снігопад почалося зледеніння БПЛА, і літак негайно повернули на базу. У польоті 18 вересня виконано зйомку високого дозволу для побудови точної карти узбережжя о-ва Крестовський, у ході якої на узбережжі знайдено 15 білих ведмедів (13 дорослих та 2 дитинчата). 19 вересня 2023 р. острів Крестовський відзняли повністю. Аерозйомка виконувалася паралельними галсами, з відстанню між галсами 710 м-коду. Виконано 13 галсів напрямком СЗ-ПД. Розташування галсів, точок фотографування та номери фотографій вказано на рис. 9.

Загальна площа острова Крестовський складає 70 кв. км (визначено за космознімком Google Map). У зв'язку з сильно вираженим рельєфом (максимальні висоти острові – до 270 м) площа фотографій була змінною, залежно від висоти польоту БПЛА над рельєфом. Висоти БПЛА над рельєфом були обчислені в ПЗ Global Mapper v.18.0 з використанням даних матриці висот SRTM та даних про висоти центрів аерознімків. Площа покриття кожного галсу визначалася добутком довжини галсу на середнє арифметичне ширини аерознімків цього галсу. Також визначено корисну площу (площу покриття галсу за вирахуванням площ аерознімків над морем та в тумані). Таким чином, корисна площа покриття аерознімками території острова Крестовський за матеріалами аерозйомки за 19.09.2023 склала близько 67% загальної площі острова.

Рисунок 13. Місця антропогенних забруднень (помаранчеві точки) Висновок

Апробовано метод авіазйомок для обліку білих ведмедів на території Державного природного заповідника «Ведмедячі острови» з використанням ланки БЛА «Орлан-10» з великою дальністю польотів.

Результати роботи

• білі ведмеді – 175 особин, у тому числі 31 дитинча;
• стежки білих ведмедів – 1700 місць фотореєстрації;
• останки тварин – 23 місця фотореєстрації;
• птахи – 1078;
• олені — 26 особин на материку;
• залізо та бочки (200 л) – понад 6000 бочок, в основному на о-ві Чотирьохстовпової;
• плавець – 150 місць фотореєстрації;
• пластик – 45 місць фотореєстрації.

Рисунок 14. Приклад антропогенних забруднень

Таким чином, у результаті виконаного нами БПЛА-обстеження ДПЗ «Ведмедячі острови» з протяжністю маршрутів польоту 2726 км авіазйомкою задокументовано близько 11 тис. об'єктів. Додатково до технічного завдання виконано детальну фотозйомку всього узбережжя заповідника – фактично підготовлені дані для побудови цифрової карти берегової лінії з точною географічною прив'язкою фотографій та високою просторовою роздільною здатністю.

Результати проведеної роботи показали, що при авіазйомці можна в найкоротші терміни отримати цінну інформацію про поточний стан популяції такого рідкісного виду тварини, як білий ведмідь, і вжити оперативні дії з його охорони, можливих біотехнічних заходів, попередження конфліктів корінного населення з хижаком і розвитку арк.

Всі статті номера: Російський мисливський журнал, квітень 2025

Источник: huntportal.ru