Учет нерестилищ тихоокеанских лососей бассейна Амура в 2021 г. посредством аэрофотосъемки с борта беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является продолжением аналогичных работ, инициированных ХабаровскНИРО в 2018 г. В период 2018-2020 гг. был проведен большой объем подготовительных работ, позволивший выработать эффективную методику беспилотного учета нерестилищ лососей в Хабаровском крае. Выработанный подход был применен для учета лососей Амура в 2020 и 2021 гг. на нескольких десятках модельных нерестилищ с целью оценки заполнения нерестилищ.
Методики беспилотного учета лососей, выработанные сотрудниками института, являются инновационными не только для российской рыбохозяйственной науки, но и для мировой практики. Они значительно расширяют и улучшают подходы российских и зарубежных исследователей к беспилотной оценке состояния нерестилищ лососей. Новизна подхода к учету амурских лососей заключается в комплексном применении целого набора средств:
- инструментальных - БПЛА и вспомогательное оборудование к ним, полевые смартфоны и ноутбуки);
- программных - полетное программное обеспечение (ПО) для беспилотной аэрофотосъемки, фотограмметрическое ПО для обработки отснятых материалов, геоинформационное ПО для навигации, анализа, визуализации и представления полученных данных;
- логистических - наземные и водные транспортные средства, передвижные жилые модули.
Рис. 1. Автомобиль КАМАЗ, оборудованный жилым модулем для проживания до 5 человек, используется для организации работы выездных научных групп, обследующих нерестилища.
В ходе обследования нерестилищ осенних лососей Амура в 2021 г. была проведена беспилотная аэрофотосъемка модельных (то есть типичных, адекватно представляющих соответствующие водотоки) участков основных лососевых притоков Амура: Амгунь, Анюй, Уссури и Тунгуски:
Рис. 2. Карта-схема нерестовых притоков р. Амур, охваченных беспилотной аэрофотосъемкой в октябре-ноябре 2021 г. Желтые кружки обозначают полигоны работ.
На каждом модельном нерестилище была выполнена серия полетов БПЛА, сопровождавшихся аэрофотосъемкой.
Рис. 3. Верхние рисунки - операторы БПЛА в процессе запуска беспилотника для съемки нерестилища, в руках - пульт управления, к которому подключен планшет с программным обеспечением для аэрофотосъемки. Нижний рисунок - аэрофотоснимок с оператором беспилотника в верхнем левом углу снимка и нерестовым бугром и производителями - в правой части. Река Хор, октябрь 2021 г.
После аэрофотосъемки каждого модельного участка в жилом модуле КМАЗ незамедлительно производилась оперативная обработка отснятых материалов на высокопроизводительном ноутбуке в специализированном фотограмметрическом ПО - Agisoft Metashape Pro российского разработчика, приобретенном «ХабаровскНИРО». В ходе фотограмметрической обработки создавались ортофотопланы. Они являются аналогом космоснимка, но имеют разрешение намного больше - не 30-60 см, а 1-2 см, что позволяет уверенно визуализировать производителей, сненку и бугры каждого вида лососей.
Ортофотопланы, подобно космоснимкам, геореферированы, то есть привязаны к местности, оптимизированы для последующей работы в ГИС, подсчета объектов, их измерений и детального анализа. После создания ортфотопланов проводили их векторизацию (оцифровка) в настольной свободно распространяемой ГИС QGIS для Windows. Логистические возможности, наличие жилого модуля, оборудованного всем необходимым, позволяли в большинстве случаев проводить векторизацию уже в день съемки или немногим позднее и, соответственно, оперативно выходить на оценки заполнения нерестилищ. Одновременно в ГИС добавлялись треки операторов и беспилотников, а также дополнительные данные по нерестилищам, собираемые в мобильных ГИС NextGIS Mobile и AlpineQuest.
Рис. 4. Ортофотоплан нерестилища в настольной ГИС QGIS для Windows с оцифрованными производителями (кружки) и буграми (треугольники), а также треком перемещений операторов (оранжевая линия). Верхний рисунок - общий вид, нижний - укрупненно. Река Анюй, октябрь 2021 г.
В дополнение к ортофотопланам создавались и добавлялись в ГИС цифровые модели микрорельефа (ЦММ) дна водотока, позволяющие четко визуализировать и подсчитывать нерестовые бугры.
Рис. 5. Цифровые модели микрорельефа дна водотока в настольной ГИС QGIS с векторизованными нерестовыми буграми. Верний рисунок - р. Анюй, нижний - р. Амгунь, октябрь 2021 г.
Благодаря тому, что ортофотопланы и ЦММ являются пространственно привязанными, подобно космоснимкам, и по ним можно делать геометрически корректные промеры площадей и расстояний, их векторизация позволяет рассчитать плотности любых объектов (количество на единицу площади) на модельных участках. Плотности нерестовых бугров и производителей на нерестовых участках позволяют проводить как межгодовые сравнения, так и выходить на абсолютные оценки пропуска на нерестилища при наличии экстраполяционных коэффициентов.
По прибытии научной группы в населенный пункт со скоростным интернетом для оперативной отчетности и донесения собранной информации до авторизованных лиц использовали Веб-ГИС на основе ПО NextGIS Web. Собранные материалы, созданные растровые и векторные слои, оперативно загружались в Веб-ГИС и уместным лицам предоставлялся доступ к ней по интернету. Конфиденциальность служебных данных обеспечивалась аутентификацией через предоставляемые логин и пароль. Такой подход позволяет обеспечить детальную отчетность экспедиционной группы даже до возвращения в НИИ, повысить наглядность и объективность собираемых ею материалов и получаемых оценок плотности.
Рис. 6. Веб-ГИС NextGIS Web c ортофотопланами, цифровыми моделями микрорельефа, треками и описаниями нерестилищ (р. Амгунь, октябрь 2021 г.).
Авторизованному пользователю Веб-ГИС через любой интернет-браузер доступны стандартные пространственные инструменты для работы со слоями: измерения площадей и расстояний, переключение слоев, просмотр атрибутов объектов, поиск по характеристикам и т.д.
Как видно из вышеизложенного, ХабаровскНИРО активно внедряет полный спектр новейших инструментальных, программных и логистических подходов для решения одной из сложнейших задач российской рыбохозяйственной науки - оценки пропуска производителей и заполнения лососевых нерестилищ в крупнейшей речной системе страны - Амуре. Успех от внедряемых методов будет носить накопительный характер: подбор оптимальных модельных участков, формирование по ним временных рядов, повышение качества и пространственного покрытия снимаемых аэрофотоматериалов, ускорение их обработки, анализа и представления послужат надежной основой для объективного и доказательного управления лососевыми запасами Хабаровского края.