Воздушная гиперспектральная съемка для выявления мест обитания коал.
Источник: https://www.spatialsource.com.au/airborne-hyperspectral-for-spotting-koala-habitat/?utm_campaign=SS%20-%20Overall%20Publication%20-%20Master&utm_medium=email&_hsmi=399565860&utm_content=399565860&utm_source=hs_email
Вид на равнины вокруг Ганнеда в Новом Южном Уэльсе, Австралия, которые были целевой зоной для кампании по воздушной съёмке мест обитания коал. Фото: Глен Хубер
Этот проект, получивший название «Project Airbear» («Проект Эйрбир»), позволил учёным задействовать сложный гиперспектральный сенсор, установленный на борту лёгкого самолёта, для сканирования полей и лесов в районе Ганнеда (штат Новый Южный Уэльс, Австралия).
Технология использует узкополосное видимое и инфракрасное излучение, чтобы выявлять в деревьях определённые, едва заметные характеристики — такие как пигмент листьев, содержание воды и, что наиболее важно, содержание азота.
Коалы известны своим избирательным питанием: они предпочитают листья только определённых видов эвкалиптов — особенно тех, в которых содержится подходящий уровень азота.
Поскольку утрата среды обитания — один из важнейших факторов сокращения популяции коал, поиск и сохранение подходящих источников пищи имеет решающее значение.
«При поиске лучших мест для обитания коал ситуация напоминает сказку о Златовласке, — говорит руководитель исследования профессор Мэтью Кроутер из Школы наук о жизни и окружающей среде Сиднейского университета. — Дело не только в том, чтобы найти нужный вид деревьев; они также должны обладать нужным уровнем питательности, который поможет популяции процветать в долгосрочной перспективе. Это может различаться даже внутри одного и того же вида деревьев».
«Насколько нам известно, ни одно исследование, посвящённое коалам, не пыталось классифицировать отдельные виды эвкалиптов с помощью этого метода и включить виды деревьев в качестве фактора для улучшения прогнозов содержания азота. Именно поэтому эта технология так важна: она обещает ускорить выявление и защиту бесценных мест обитания».
Воздушная съёмка против БПЛА и спутников
Согласно исследованию, опубликованному онлайн в журнале Science of the Total Environment, предпринимались различные попытки использовать методы дистанционного зондирования для изучения мест обитания коал и растительности, необходимой этим животным.
К ним относятся: сопоставление продуктивности растительности с наличием коал, мониторинг состояния среды обитания и оценка последствий ущерба от лесных пожаров для мест обитания.
В других исследованиях с помощью дистанционного зондирования прогнозировались химические характеристики древесного полога, но при этом приходилось идти на компромисс между точностью и пространственным охватом.
Например, дистанционное зондирование с использованием БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) обеспечивает высокое спектральное и пространственное разрешение, но позволяет охватить лишь небольшие территории. Спутниковые снимки могут охватывать большие площади, но обладают низким спектральным и пространственным разрешением.
«На данный момент воздушная гиперспектральная съёмка находится между этими двумя крайностями, предлагая баланс между спектральным разрешением и пространственным охватом, и поэтому хорошо подходит для экологических задач регионального масштаба», — пишут авторы.
«По сравнению со спутниковыми мультиспектральными сенсорами, воздушные гиперспектральные приборы предоставляют сотни „смежных“ узких спектральных диапазонов, что позволяет выявлять едва заметные спектральные различия, критически важные для прогнозирования химического состава листвы и различения близкородственных видов», — добавили они.
«Кроме того, их более высокое пространственное разрешение минимизирует эффекты смешанных пикселей и позволяет точно очерчивать кроны отдельных деревьев, благодаря чему воздушная гиперспектральная съёмка особенно подходит для оценки качества среды обитания».
Гиперспектральные пиксели для изучения мест обитания
Исследование проводилось в рамках сотрудничества между Сиднейским университетом, Сиднейским институтом сельского хозяйства, Университетом Новой Англии и корпорацией HyVista.
Компания HyVista использовала гиперспектральный сканер HyMap, произведённый австралийской фирмой Integrated Spectronics.
Характеристики сканера HyMap:
- имеет 128 диапазонов в области отражательного солнечного спектра с длиной волны от 0,45 до 2,5 мкм со смежным спектральным охватом (за исключением диапазонов атмосферного водяного пара) и средней шириной диапазона 15 нм;
- оснащён стабилизированной по трём осям гироплатформой для минимизации искажений, вызванных движением;
- проходит спектральную и радиометрическую калибровку с использованием источников, прослеживаемых до стандартов NIST (Национального института стандартов и технологий США), и методики «сенсор в контуре» (sensor in the loop), что позволяет получать малошумовые изображения, готовые к анализу.
Вид изнутри самолёта во время одного из полётов. Фото: Глен Хубер
В своей статье авторы пишут: «В целом наше исследование демонстрирует потенциал воздушной гиперспектральной съёмки для охраны коал посредством выявления высококачественных мест их обитания».
«Наши результаты подчёркивают ценность наборов данных „на уровне пикселей“ при обучении моделей для прогнозирования характеристик деревьев. Хотя данные „на уровне пикселей“ могут быть зашумлёнными и разнородными — из‑за различий в ветвях, угла обзора относительно сенсоров, разной освещённости или влияния отражённого излучения от фона, — они позволяют моделям улавливать реальные закономерности на фоне шума, улучшать прогнозы и оставаться эффективными даже при небольшом количестве повторений, что часто является ограничением в экологических исследованиях.
Хотя показатель „среднего отражения от полога“ остаётся полезным, его следует оценивать наряду с результатами „отражения от полога на уровне пикселей“.
Важно, что мы продемонстрировали: обучение на уровне пикселей существенно улучшает обобщающую способность модели для прогнозирования содержания азота, а явный учёт видов деревьев дополнительно повышает эффективность модели. В совокупности это даёт масштабируемую основу для картирования качества среды обитания коал».
Следующие шаги
«Надёжные методы дистанционного зондирования, позволяющие определять видовой состав вплоть до отдельных растений на обширных территориях, — большой шаг вперёд для австралийской экологии и наблюдения за Землёй», — сказал профессор Брэдли Эванс из Университета Новой Англии.
«Благодаря спектральным и пространственным возможностям гиперспектрального сканера HyVista HyMap мы можем за день покрывать на порядок большую площадь, летая быстрее, чем с дронами.
В дальнейшем мы можем ожидать детальной оценки биоразнообразия и состояния мест обитания коал — благодаря более регулярным полётам над наиболее важными и уязвимыми ландшафтами».
По словам профессора Эванса, следующий этап исследования будет включать использование новейшего гиперспектрального сенсора NASA JPL в следующем году.
«Мы будем сотрудничать с различными природоохранными и сельскохозяйственными агентствами, чтобы NASA и HyVista провели съёмку наших наиболее важных участков», — сказал он.
«Университет Новой Англии в партнёрстве с Сиднейским университетом и другими организациями также планирует создать новую „Национальную совместную установку“ для этой технологии, чтобы эффективно использовать её на благо Австралии и развивать дальнейшее сотрудничество с NASA».
22 января/ 2026