Исследователи из Авиационного университета Эмбри-Риддл (Embry-Riddle Aeronautical University) в сотрудничестве с Институтом водных и экологических исследований Университета Стетсона (Stetson University’s Institute of Water and Environmental Resilience) запустили инновационный проект по использованию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и искусственного интеллекта (ИИ) для оценки состояния водных экосистем. Проект, развернутый на озере Бересфорд в штате Флорида, США, направлен на создание автоматизированной системы классификации водной растительности, что позволит оперативно выявлять инвазивные виды и анализировать общее экологическое здоровье водоемов.
Суть проекта: сбор данных для обучения ИИ
Основная цель полевых миссий — сбор тысяч аэрофотоснимков водной растительности, которые затем используются для обучения моделей искусственного интеллекта. «Наши полеты нацелены на сбор изображений для тренировки ИИ», — поясняет доктор Дэн Маккиарелла, профессор кафедры аэронавигационных наук в Embry-Riddle. Первоочередной задачей стал мониторинг водного латука (Pistia stratiotes), агрессивного инвазивного вида, способного быстро покрывать поверхность озер и рек плотным ковром. Это не только вытесняет местную флору и фауну, но и нарушает гидрологический режим и снижает уровень кислорода в воде, приводя к гибели водных обитателей.
Проект является продолжением многолетнего сотрудничества между университетами, начавшегося в 2019 году и направленного на применение дронов для мониторинга окружающей среды, смягчения последствий наводнений и контроля качества воды. Исследования получили поддержку от таких авторитетных организаций, как Национальный научный фонд (NSF) и Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA).
Технологический арсенал исследователей
Для выполнения задач команда использует парк беспилотников, включая модели Skydio, оснащенные различными типами камер. Ключевую роль играют специализированные сенсоры:
- Мультиспектральные камеры: эти устройства фиксируют свет в различных, невидимых для человеческого глаза, диапазонах спектра (например, в ближнем инфракрасном). Анализ этих данных позволяет точно оценить состояние здоровья растений. Здоровая растительность активно отражает инфракрасный свет, в то время как угнетенная или больная — значительно меньше, что дает возможность выявлять проблемные участки на ранних стадиях.
- Тепловизионные камеры: с их помощью исследователи измеряют температурные аномалии на поверхности воды. Одна из гипотез, которую проверяет команда, — наличие в озере подводного родника. «Родниковая вода всегда имеет температуру около 22 градусов по Цельсию. Мы ищем температурные различия, которые могли бы указать на его местоположение», — отмечает доктор Маккиарелла.
Использование дронов с передовым программным обеспечением, таких как Skydio, известных своими возможностями автономного полета и обхода препятствий, значительно упрощает сбор данных в сложных условиях прибрежной зоны. Это позволяет создавать детальные карты и 3D-модели исследуемых объектов с высокой точностью.
Правовой контекст и практическая значимость
Полеты дронов в рамках научных и образовательных проектов в США регулируются Федеральным управлением гражданской авиации (FAA). Такие операции, как правило, проводятся в соответствии с правилами 14 CFR Part 107, которые регламентируют использование малых БПЛА (весом до 55 фунтов или ~25 кг). Эти правила требуют наличия у оператора сертификата удаленного пилота, поддержания дрона в пределах прямой видимости и соблюдения ограничений по высоте и скорости полета.
Помимо очевидной экологической ценности, проект имеет важное образовательное значение. Студенты, участвующие в полевых работах, получают бесценный практический опыт. «БПЛА — это определенно будущее. Технология постоянно развивается, и это одна из самых быстрорастущих отраслей в мире», — говорит Николас Бакалью, магистрант программы «Беспилотные системы» и основатель собственной компании по услугам с использованием дронов.
«Мне нравится брать данные, собранные дронами, и превращать их в нечто значимое. Это действительно ценно в любой области», — добавляет Тайлер Дил, аспирант и участник нескольких экологических проектов с применением БПЛА.
В перспективе разработанные алгоритмы ИИ могут быть масштабированы для мониторинга любых водных объектов, предоставляя экологам и властям мощный инструмент для быстрого и экономически эффективного анализа состояния окружающей среды. Это позволит не только бороться с инвазивными видами, но и отслеживать последствия изменения климата, загрязнений и других антропогенных факторов.
