Система КЕДР
Что такое система Кедр?
Система КЕДР – это цифровая платформа, созданная, для облегчения контроля за лесами. В основе системы лежит интерактивная карта, на которой визуализируются всевозможные данные, необходимые для охраны лесов от незаконных рубок.
Пользователь системы КЕДР, скажем, лесной инспектор, планирующий патрулирование определенной территории, может получить всю доступную и необходимую ему информацию, прямо внутри системы.
Благодаря этому лесной инспектор, освобождается от большого объема бумажной работы и может собрать всю необходимую для проверки информацию всего в несколько кликов.
Но главной особенностью системы КЕДР является даже не возможность быстро собрать необходимую информацию, а наличие так называемых сигналов о лесоизменениях. Сигналы системы КЕДР формируются нейронной сетью, которая собирает и обрабатывает разновременные космические снимки, после чего сравнивает их на предмет выявления новых «прогалин» в пологе леса. Для анализа используются бесплатные снимки спутника Landsat с разрешением 30 метров, т.е. один пиксель снимка соответствует территории размером 30 на 30 метров.
Таким образом, лесные инспекторы, планирующие полевые рейды могут заранее увидеть те места, где произошли потенциальные изменения целостности древесного полога и существует вероятность совершения незаконной рубки, что несомненно повышает эффективность полевых и рейдовых мероприятий.
Как работает система?
Мобильное приложение "Лесной инспектор"
Большая часть лесного фонда юга Дальнего Востока находится в удаленных и труднодоступных местах, где зачастую отсутствует не только интернет соединение, но и сотовая связь. Чтобы в полевых условиях инспекторы имели доступ к информации, содержащейся в системе КЕДР, было разработано специальное мобильное приложение «Лесной инспектор».
Приложение синхронизируется с системой КЕДР и позволяет скачивать на мобильное устройство информацию о новых лесоизменениях. Благодаря данному приложению лесные инспекторы и работники лесничеств могут в полевых условиях проверять сигналы системы КЕДР, производить фотофиксацию нарушений, а также сохранять всю необходимую информацию о лесоизмениях и нарушениях лесного законодательства.
Проверка сигналов с помощью дронов
Для того, чтобы облегчить проверку сигналов, находящихся на удалении от основных проезжих дорог в систему КЕДР встроена возможность проверки сигналов с помощью дронов.
Для этого достаточно выбрать сигналы, которые требуется проверить с помощью дрона, после чего система КЕДР автоматически сформирует и передаст на дрон полетное задание, позволяющее детально осмотреть весь периметр лесного фонда, который был помечен как лесоизменение.
Дрон в режиме автопилота выполнит облет места, отмеченного как лесоизменение. Система формирует траекторию облета таким образом, чтобы в результате пролета дрона и непрерывной фотофиксации был сформирован геопривязанный ортофотоплан высокого разрешения.
Нейронные сети и система
Нейронные сети — это системы работы с данными, которые по своему устройству похожи на сети нервных клеток в мозге человека. Их главной особенностью является способность улавливать мельчайшие закономерности и взаимосвязи (так называемые паттерны), которые могут быть невидны человеческому глазу или традиционной компьютерной программе; это позволяет нейронным сетям классифицировать анализируемую информацию с потрясающей точностью.
Как и человек, нейронные сети способны к самообучению. Например, если человеку показать несколько карточек с изображением дерева, то в дальнейшем он будет в состоянии узнать (классифицировать) и другие изображения деревьев, даже если они значительно отличаются от тех изображений, на которых производилось обучение. Аналогичный процесс происходит с нейронными сетями.
Чем отличается от спутникового наблюдения
В основе классического спутникового мониторинга лежат так называемые системы обнаружения изменений Данные системы основаны на сравнении разновременных снимков, при которых изменения фиксируются либо профессиональным дешифровщиком, либо в автоматическом режиме. Автоматизация процесса удешевляет и ускоряет процесс обнаружения изменений, однако при этом снижается качество дешифрирования. С другой стороны, привлечение людей к процессу дешифрирования хотя и повышает качество анализа, но связано со значительными трудозатратами, что отражается на стоимости анализа.
В системе КЕДР роль профессионального дешифровщика выполняет нейронная сеть, что позволяет совместить преимущества автоматического и «ручного» обнаружения изменений. Анализ снимков на огромных площадях происходит не только быстро, но и качественно.
Другим важным отличием системы КЕДР от классических систем обнаружения изменений является подход к сравнению снимков. В классических системах сравниваются два снимка, в то время как система КЕДР вначале формирует так называемый «стек» и только после этого происходит сравнение его атрибутов с атрибутами последнего оперативного снимка.
При классическом подходе происходит прямое сравнение цветов пикселей двух снимков, в то время как при формировании стека вначале собираются все снимки, имеющиеся на данную территорию, после чего находится медианное (прогнозное) значение цвета и уже после этого происходит сравнение с цветом последнего снимка.
Как образуются новые сигналы?
Система КЕДР в автоматическом режиме проверяет обновления спутниковых снимков Landsat-8 и Landsat-7, при наличии новых снимков запускается процесс поиска изменений.На первом этапе происходит подготовка снимков: система с помощью специального алгоритма «очищает» снимки от облаков, водных объектов и теней, которые могут помешать анализу.
На рисунке, пример созданной облачной маски. Красным цветом показаны контуры облаков и теней, отбрасываемых облаками. Данные участки исключаются из дальнейшего анализа
На следующем этапе система готовит стек. Для этого с помощью так называемой гармонической модели на основе исторических данных (снимков прошлых лет, сделанных в данной местности в схожих условиях), система строит прогнозные значения яркости и индексов для каждого участка анализируемой местности исходя из положения камеры спутника и азимута солнца.
После этого с помощью нейронной сети происходит попиксельное сравнение атрибутов новых снимков с прогнозными результатами, полученными с помощью гармонической модели (стек).
При сравнении каждого из пикселей, система присваивает ему один из трех возможных классов:
- «нет изменений», в том случае если значения яркости и индексов пикселя на новом снимке не отличаются от прогнозных значений
- «новое изменение», в случае, когда значение пикселя поменялось за анализируемый период
- «старое изменение», в случае, когда значение пикселя на новом снимке отличается от прогнозных значений, однако данное изменение было зафиксировано еще в прошлый период.
На рисунке, пример растрового слоя с пикселями, помеченными как лесоизменения. красный цвет соответствует высокой вероятности лесоизменений, оранжевый цвет - средней.
Рубки, которые не были выделены относятся к старым измененим.
Результатом работы нейронной сети становится растровый слой, в котором каждому пикселю предписывается значение от 0 до 100. Эта цифра отражает уверенность нейронной сети в том, что в данном пикселе произошло изменение. Например, значение 100 обозначает 100 процентную уверенность нейронной сети в том, что в данном пикселе произошло изменение.
Территория эксплуатации
Система КЕДР была запущена и официально принята в эксплуатацию в Приморском и Хабаровском краях. Зона анализа в Приморье в настоящий момент представлена тремя тестовыми лесничествами (Рощинским, Дальнереченским и Уссурийским).
В Хабаровском крае система работает на территории шести тестовых лесничеств (Аванское, Бикинское, Оборское, Хорское, Мухенское и Сукпайское).
Всего с момента запуска системы (учитывая незаконные рубки, которые были выявлены в ходе тестирования системы) мобильные группы, созданные для работы с системой КЕДР, а также сотрудники WWF, выявили 108 незаконных рубок, общим объемом около 7 442 м3 и нанесенным ущербом в 856,2 млн. рублей.
А конкретнее:
- На стадии тестирования системы в 2015-2017 гг. было выявлено 37 незаконных рубок в вегетационный период и 13 незаконных рубок в снежный/безлиственный период. Общий объем незаконных рубок составил 3 903 м3, а ущерб более 639,8 млн. ₽.
- На стадии использования системы в Приморском крае в период с 2017 по 2020 гг. было зафиксировано 44 незаконные рубки, общим обьемом в 1129,72 м3, которыми был наненсен ущерб в размере 92,5 млн. рублей.
- На стадии использования системы в Хабаровском крае, в тот же период, было выявлено 14 незаконных рубок, общим обьемом в 2409,27 м3, которыми был нанесен ущерб в размере 123,9 млн. рублей.
История разработки системы
2014-2016 год
Система КЕДР разрабатывалась Всемирным фондом природы в 2014-2015 гг. Уже в июле 2015 года на совещании аппарата полномочного представителя президента в Дальневосточном федеральном округе было принято решение о тестирование системы «КЕДР» в полевых условиях. В августе-сентябре такую проверку на территории тестовых лесничеств Хабаровского и Приморского краев провели сотрудники Амурского филиала WWF России, Департамента лесного хозяйства Приморского края и Управления лесами Правительства Хабаровского края
Только во время полевого тестирования системы «КЕДР» было обнаружено 11 незаконных рубок, изъяты десятки кубометров нелегально заготовленной древесины, в том числе удалось поймать с поличным группу лиц, осуществляющих незаконную рубку, в результате чего было изъято несколько единиц лесозаготовительной техники
2017- по н.в.
Для непосредственной работы с сигналами системы КЕДР в обоих краях было создано по две отдельных мобильных группы. Всемирный фонд дикой природы обеспечил группы автомобилями, планшетными компьютерами, необходимыми для работы с системой КЕДР в полевых условиях, прочим оборудованием и ГСМ. Кроме этого, сотрудники мобильных групп прошли несколько обучающих семинаров по выявлению незаконных рубок и работе с системой КЕДР.
В конце 2017 года в систему КЕДР была внедрена возможность проверки сигналов о лесоизменениях с помощью дронов. После проведения тестовых испытаний новой функции системы КЕДР, WWF передал сотрудникам мобильных групп по два беспилотника вертолетного типа, а также организовал обучение как по созданию полетных миссий внутри системы КЕДР, так и по пилотированию БПЛА на тот случай, если придется переводить дрон на ручное управление.
Видеогалерея
Публикации
Как дроны помогают лесам приморья?
В период с 16 по 20 декабря 2019 года специалисты 11 лесничеств Приморья прошли обучение по программе применения дронов и системы спутникового мониторинга лесов «КЕДР».
Узнать больше >
Результаты социологического исследования восприятия проблемы нелегальных рубок в россии и известности знака fsc
Социологическое исследование проводилось с целями изучения отношения потребителей к легальности происхождения древесины, из которой произведена лесобумажная продукция, и определения уровня узнаваемости экологической маркировки на продукции, произведенной из заготовленной в ответственно управляемых лесах древесины.
Узнать больше >
Практика рубок ухода и санитарных рубок на дальнем востоке россии: законное прикрытие незаконных рубок
Данный обзор обращает внимание на проблему незаконных рубок ухода и санитарных рубок на Дальнем Востоке России.
Узнать больше >Помогают не только деньги. Подписывайтесь на нас в социальных сетях, участвуйте в дискуссиях, делитесь с друзьями новостями о деятельности фонда.
Оставайтесь в курсе всех новостей, конкурсов и проектов!
Подпишитесь на рассылку Всемирного фонда природы
Спасибо за подписку!
Все самое интересное
теперь будет приходить на вашу почту.
