Разведка, картографирование или сбор данных – беспилотники остаются чрезвычайно важным инструментом для оценки и нейтрализации последствий изменения климата.
Изменение климата уже влияет на мир, а отдалённые и труднодоступные регионы подвергаются максимальному риску. Когда специалисты приступают к оценке ущерба, нанесённого сельскому хозяйству в результате климатических изменений, беспилотники становятся незаменимым инструментом для выполнения поставленной задачи.
Влияние урагана «Мария» на сельское хозяйство
Сельское хозяйство понесло убытки в размере 780 млн. долларов США.
В среду, 20 сентября 2017 г., ураган «Мария» обрушился на побережье. Буря категории 4 разразилась на острове Пуэрто-Рико, причинив серьёзный ущерб инфраструктуре, сельскому хозяйству и природным экосистемам, а также приведя к гибели многих людей. По оценкам Министерства сельского хозяйства, «Мария» уничтожила около 80% урожая в Пуэрто-Рико, что привело к убыткам в размере 780 млн. долларов. Больше всего пострадал урожай кофе. Зона Карибских островов подвержена воздействию ураганов, а современные модели последствий климатических изменений прогнозируют существенный рост интенсивности и частоты возникновения тропических циклонов в Атлантике.
Ущерб, нанесённый ураганом «Мария» в Пуэрто-Рико, фото Эрики Рейес, SCA
Сельское хозяйство в этом регионе сильно подвержено воздействию ураганов, и это крайне важно учитывать при планировании, наблюдая за тем, как сельское хозяйство и экосистемы восстанавливаются после ураганов и других погодных явлений. Будучи одним из наиболее распространённых многолетников в Пуэрто-Рико, кофе идеально подходит для изучения сопротивляемости и устойчивости агроэкосистем к воздействию ураганов.
Основной вопрос, рассматриваемый в рамках исследования, заключался в том, влияет ли подход к возделыванию культуры на масштаб ущерба, причинённого ураганами, а также степень воздействия этого ущерба на производство, биомассу, биоразнообразие и их восстановление.
Информация о проекте
Институт аэронавтики Эмбри-Риддла совместно с Мичиганским университетом начал работу над проектом по оценке устойчивости агроэкосистемы к ущербу, нанесённому в результате стихийного бедствия. Цель проекта – ежедневное создание карт посевных площадей на трёх кофейных плантациях в пострадавших районах на протяжении 6 дней в июле 2018 г.
| Местоположение | Пуэрто-Рико |
| Поставщик БПЛА | Институт аэронавтики Эмбри-Риддла и Мичиганский университет |
| Период работы | 6 дней (с 22 по 27 июля 2018 г.) |
| Количество фотографий | 18000 |
| Оборудование | senseFly eBee и DJI Inspire 1 |
| Программное обеспечение | Pix4D |
| Время обработки | 1-2 ч |
| Результат | Ортомозаика, карты индекса растительности, цифровые модели местности, комментарии |
Сбор данных с помощью senseFly eBee
Чтобы протестировать метод быстрой оценки, основанный на стандартной технологии, было проведено картографирование каждой плантации с использованием камеры Parrot Sequoia, подсоединённой к senseFly eBee либо DJI Inspire 1 с помощью самодельного подвеса. Кроме того, рабочая группа попыталась провести картографирование плантаций с использованием камеры с поддержкой 4k на Inspire 1 или SODA на eBee. В результате было получено не менее двух комплектов фотографий каждой фермы. Всего были закартографированы 14 ферм: самая крупная площадью чуть менее 100 акров, а самая маленькая – около 10 акров.
Решение проблем с помощью дронов
После того, как все плантации были закартографированы, специалисты столкнулись с рядом проблем, включая:
- Ландшафт: все кофейные плантации, нанесённые на карты командой Института аэронавтики Эмбри-Риддла/Мичиганского университета, находились на склонах гор. В подобных условиях специалисты почувствовали непосредственную пользу от применения беспилотников для получения доступа к отдалённым участкам местности.
- Перепад высот: в данной местности имелись значительные перепады высоты и много деревьев, растущих прямо посреди фермы. Это могло бы сильно осложнить процесс картографирования, если бы не дроны.
- Погода: непредсказуемые ливни и постоянные ветры, налетающие из долин и с горных вершин.
- Доступ к ферме: большинство пострадавших от урагана ферм находилось в труднодоступных районах. Однако даже на тех фермах, доступ к которым был восстановлен через месяц после урагана, было сложно работать из-за тяжёлого положения местных фермеров.
Оценка состояния фермы с помощью программного обеспечения Pix4D
После того, как команда вернулась в университет, все фотографии были загружены в Pix4D для последующего анализа. Многоспектральные изображения были использованы для создания карт отражательной способности и индекса растительности в высоком разрешении.
Карта отражательной способности в Pix4D
Обработка исходных фотографий в целях создания цифровой модели местности (DSM) и ортомозаик вкупе с информацией, полученной в ходе проведения наземных работ, позволила составить представление о лесном покрове, индексе листовой поверхности (LAI), надземной биомассе, нормализованном относительном индексе растительности (NDVI) и классификации земного покрова.
Карта с указанием нормализованного относительного индекса растительности в Pix4D
Кроме того, можно было обмениваться картами с другими членами команды, а также отмечать определённые участки с добавлением комментариев и вопросов, требующих проведения дополнительной инспекции после возвращения группы на объект через несколько лет.
Функция добавления комментариев в Pix4D
Одна из любимых функций членов команды в Pix4D это наличие временной шкалы. Поскольку исследования должны быть продолжены, команда вернётся к работе на фермах в Пуэрто-Рико в конце следующего года. Важно провести пошаговое сравнение фотографий одной и той же фермы, сделанных в разные периоды времени. В данный момент команда просматривает карты в поиске очевидных тенденций.
Роль беспилотников в оценке ущерба
Из-за серьёзного и крупномасштабного ущерба в сфере транспорта и инфраструктуры доступ к фермам был крайне затруднён. Большинство ферм расположено в центральной горной области, которая больше всего пострадала от урагана. Некоторые фермы были настолько разрушены, что восстановление границ и составление выборки участков представлялось крайне трудной задачей. Благодаря БПЛА и полученным с их помощью фотографиям мы смогли и сможем впредь производить необходимые замеры наиболее эффективным и простым способом.
Продолжение проекта
В данном случае картографирование фермерских владений является лишь частью более крупного проекта, который должен быть осуществлён в ближайшие 2 года. Его цель состоит в том, чтобы отобрать 30 из 70+ ферм и провести забор проб в максимально широком диапазоне от сильно затенённых участков/биоразнообразия до слабо затенённых участков/биоразнообразия. Команда посетит каждую из 30 отобранных ферм 4 раза в течение 2 лет (через 8 месяцев после урагана, а затем каждые полгода).
Ценность программного обеспечения Pix4D в рамках данного проекта заключается в высокоточной обработке данных и результатов анализа, включая нормализованный относительный индекс растительности и цифровую модель местности. Дополнительные инструменты, в том числе возможность добавления комментариев и временной шкалы, являются огромным преимуществом при сравнении состояния одной и той же фермы на разных этапах проекта.