Ленточные боры Алтайского края — уникальные реликтовые леса, протянувшиеся узкими полосами вдоль древних русел рек, — сегодня сталкиваются с растущей угрозой болезней и вредителей. Болезни и вредители распространяются быстрее, чем лесопатологи успевают их обнаружить вручную. Ученые Алтайского государственного университета разработали систему, которая с помощью спутниковых снимков и искусственного интеллекта определяет состояние деревьев с точностью до 95%.
Повреждения лесов Алтайского края: масштабы проблемы
Общая площадь лесов в Алтайском крае составляет почти 4,5 млн гектаров, из них более 29 тыс. га имеют различные повреждения. Доля неустойчивых насаждений пока невелика — всего 0,64%, но динамика вызывает опасения. В Новичихинском лесничестве площадь усыхания за пять лет выросла на 5 тыс. га, а в Горно-Колыванском лесничестве очаги короеда за восемь лет удвоились.
Причины проблемы разнообразны. Первая — поднятие грунтовых вод в 2016 году, при котором подтопило около 24 тыс. га сосняков. Вторая — полиграф уссурийский, жук-короед, завезенный с Дальнего Востока в 2012 году, способный за 2–3 года довести здоровое дерево до критического состояния. Полное отмирание древостоя занимает около десяти лет — именно эту временную шкалу и научились отслеживать ученые из космоса. Особенность вредителя в том, что отмирание начинается только через 2–3 года, поэтому изменения проявляются с задержкой. Очаг в Горно-Колыванском лесничестве то разрастается при благоприятной погоде, то затухает — все зависит от температуры и влажности.
Алгоритм определения болезни деревьев от АлтГУ
Автор алгоритма — старший преподаватель кафедры физической географии и геоинформационных систем АлтГУ, кандидат географических наук Людмила Долгачева, которая много лет работала в лесозащите. Система объединяет классический спектральный анализ космических снимков с возможностями нейронной сети U-Net. Спектральный анализ выявляет очаги поражения и их площадь, а нейросеть по геометрическим признакам — форме и размеру крон — определяет степень повреждения. Система использует снимки отечественного спутника «Канопус-В» и европейского Sentinel-2.
Главная инновация разработки — не просто использование снимков, а их интеллектуальная обработка. Раньше специалисты могли определить лишь общую площадь повреждений. Теперь алгоритм разделяет их на три стадии: начальную, напряженную и критическую, каждая из которых длится 2–3 года. Точность данных достигает 95%, что позволяет принимать точные решения: при начальной стадии повреждения достаточно обработки, при критической — необходимы санитарные рубки. Результат накладывается на карту в открытой программе QGIS — лесники получают готовую «карту болезней» для принятия срочных решений.
Спутниковый мониторинг вместо выездов лесопатологов
До создания алгоритма лесопатологи после получения снимков сами выезжали в очаги поражения и изучали ситуацию на месте. Но не в каждый уголок леса можно добраться. В труднодоступных местах — на затопленных, заболоченных и высокогорных участках — наземный мониторинг провести невозможно, а вертолетный облет слишком дорог.
Долгачева поясняет масштаб проблемы: в Новичихинском районе площадь усыхания огромна — тысячи гектаров, все вокруг стоит желтое и мертвое, но к этим местам невозможно подъехать, подойти или доплыть, чтобы посчитать урон. Дистанционный мониторинг позволяет отследить, как болезнь переходит из стадии в стадию, и локализовать очаги, чтобы спасти соседние здоровые деревья. За последние годы ситуация в районе стабилизировалась.
Для проверки алгоритма взяли два участка. Первый — Новичихинское лесничество, где в 2016–2017 годах озера вышли из берегов и затопили 24 тыс. га ленточных боров. Второй — Горно-Колыванское лесничество, где для полиграфа уссурийского нашлась подходящая порода (пихта) и благоприятный климат. На начальном этапе ученые сосредоточились на двух видах повреждений — вымокании деревьев на затопленных участках и поражении полиграфом, поскольку они чаще всего встречаются на труднодоступных территориях. В перспективе предполагается обучить нейросеть определять все возможные повреждения.
Как лесники Алтая приняли спутниковый метод
Долгачева работала в Центре защиты леса Алтайского края в отделе дистанционных наблюдений и геоинформационных систем. Поначалу к дистанционному методу относились скептически: лесники привыкли доверять тому, что сами увидели. Приходилось объяснять, что снимки — это не просто картинки, а набор информационных каналов. Лесопатологи выезжали на участки, выявленные дистанционно, и повреждения всегда подтверждались. Сейчас методике доверяют больше.
На полевых выездах ученая поняла важность разработки для лесников. «Видя, какой тяжелый труд у лесников, как они переживают, когда не могут попасть в труднодоступные места, появилось стремление облегчить их работу, — рассказывает Долгачева. — Алгоритм берет на себя рутину и превращает труднодоступные чащи из "слепых зон" в территории под контролем».
Применение алгоритма в Центре защиты леса
Методика уже предложена для внедрения в Центр защиты леса Алтайского края и успешно применялась для обследования ленточных боров. Она также легла в основу учебных курсов АлтГУ при подготовке специалистов лесного хозяйства. В планах — дообучить алгоритм на другие болезни и вредителей, а также создать единую геоинформационную платформу для отслеживания климатических и биологических угроз лесам региона.
По словам Долгачевой, это будет онлайн-платформа, куда можно зайти и посмотреть, на каких участках есть повреждения, разделенные по стадиям. Можно подключить слои по болезням, вредителям, пожарам — объединить все в единую систему. База пространственных данных лесничеств края уже существует. Полностью заменить человека в лесном хозяйстве невозможно, но помочь работникам леса эти технологии могут. По мнению доцента кафедры физической географии и геоинформационных систем АлтГУ Ирины Ротановой, применение геоинформационных технологий и искусственного интеллекта для решения практических вопросов природопользования — одно из самых актуальных направлений в географии и геоэкологии. Сама Долгачева не планирует останавливаться: в планах — адаптировать алгоритм для оценки ущерба от лесных пожаров и других вредителей.
📎 По теме: Алтайские ученые презентовали разработки в сфере ИИ, биотехнологий и новых материалов (9 сентября 2026)
Источник: Алтапресс (altapress.ru)
