Кандыдат фізіка-матэматычных навук Ілья БРУЧКОЎСКІ ў 2022 годзе атрымаў грант Прэзідэнта Рэспублікі Беларусь на распрацоўку фотаспектральнага апаратна-праграмнага комплексу для аэракасмічнай дыягностыкі стану лясных тэрыторый. Навукоўцы Інстытута прыкладных фізічных праблем імя А. Н. Сеўчанкі БДУ з дапамогай аэракасмічных тэхналогій вядуць працы па выяўленні заражаных шкоднікамі ўчасткаў лясоў.
Супрацоўнікі НДІ ПФП імя А. Н. Сеўчанкі БДУ Бручкоўскі Ілья, Літвіновіч Глеб, Гуляева Святлана, Сілюк Вольга, Ламака Аляксей, Шчарбакоў Мікіта, Івуць Павел, Дамарацкі Аляксандр і Хаміцэвіч Андрэй з 2020 года ўдзельнічаюць у распрацоўцы апаратна-праграмнага комплексу і методык для рэалізацыі спектральных тэхналогій аэракасмічнай дыягностыкі станаў лясных тэрыторый з выкарыстаннем спадарожнікавых даных. Яны паспяхова правялі палявыя выпрабаванні прататыпа мультыканальнага спектральнага сэнсара МКСС-М, які ўсталёўваўся на борце самалёта і ажыццяўляў сінхронную рэгістрацыю спектраў адлюстравання падсцілаючай паверхні і яе відэавыявы. Наземныя вымярэнні і атрыманы масіў даных дазволілі папярэдне класіфікаваць стан тэставага ўчастка лесу для выяўлення пашкоджаных дрэў.
– Распавядзіце пра гісторыю праекта. Гэта была Ваша ідэя?
– Гісторыя праекта пачынаецца ў 2019 годзе. Тады мы займаліся выкананнем складніка вопытна-канструктарскай працы «Верыфікацыя даных шматузроўневай спектраметрычнай здымкі падчас аператыўнага кіравання КЭ “Ураган” і “Сцэнарый”». Навуковы кіраўнік складніка ВКР доктар фізіка-матэматычных навук Леанід Уладзіміравіч Каткоўскі ў суаўтарстве з доктарам фізіка-матэматычных навук Барысам Іларыёнавічам Бяляевым прапанавалі ідэю для праекта і сфармулявалі тэму для даследаванняў – «Методыка выяўлення паталогій хваёвых лясных насаджэнняў паводле даных шматузроўневых аптычных вымярэнняў».
Усё пачыналася стандартна: з літаратурнага агляду па тэме і атрымання першых эксперыментальных даных. Для гэтага прыйшлося вывучыць сотні навуковых публікацый па тэме, бо замежныя навукоўцы працуюць над гэтай праблемай не першы год. Мы паставілі для сябе мэту – распрацаваць апаратныя сродкі і метады для выяўлення паталогіі хваёвых насаджэнняў.
У сусветнай практыцы вельмі запатрабаваны аператыўны маніторынг лясных тэрыторый з дапамогай метадаў дыстанцыйнага зандзіравання, паколькі атрыманыя звесткі дапамагаюць выявіць усыханне хваёвых дрэў на пачатковай стадыі, прычым на вялікіх плошчах. Дзякуючы даным маніторынгу можна своечасова правесці мерапрыемствы па прафілактыцы і ліквідацыі наступстваў усыханняў.
Перыядычна праводзяцца шматузроўневыя палявыя эксперыменты, якія складаюцца са збору узораў для іх лабараторнага аналізу, рэгістрацыю ўзроўняў фотасінтэтычна актыўнай радыяцыі, наземнай класіфікацыі асобных тэставых дрэў, атрымання выяў высокага прасторавага разрознення з выкарыстаннем авіяносьбіта.
– Чаму гэта актуальна для Беларусі?
– Праблема ўсыхання лясных масіваў стаіць асабліва востра ва ўсім свеце і звязана з распаўсюджаннем ствалавых шкоднікаў. Напрыклад, хваёвыя пароды ў Беларусі галоўным чынам адміраюць з-за караеда. Распаўсюджанне шкоднікаў у нашай краіне звязваюць у тым ліку са зменамі кліматычных умоў, якія суправаджаюцца агульным астэпваннем тэрыторыі. Гэта вядзе да таго, што з барэальных экасістэм выцясняюцца асноўныя лесаўтваральнікі – яліны, алешыны, хвоі. Своечасовы маніторынг і выяўленне пачатковай стадыі заражэння дрэў дазволіць лакалізаваць і ізаляваць ачаг, што ў сваю чаргу дапаможа захаваць здаровыя дрэвастоі.
– На якія этапы падзялілі працу над праектам? Як наладжана зваротная сувязь?
– Пасля агляду літаратуры, пастаноўкі мэты і асобных задач мы ўзяліся за арганізацыю эксперыменту. Аналізавалі атрыманыя вынікі, а потым ізноў праводзілі літагляд, каб інтэрпрэтаваць даныя і выправіць памылкі. Паўтаралі эксперыменты са змененай канфігурацыяй абсталявання, паралельна выкарыстоўвалі лабараторныя вымярэнні ўзораў.
Найлепшы спосаб атрымаць зваротную сувязь – гэта вочны ўдзел зацікаўленага і вельмі матываванага ўдзельніка праекта ў профільнай міжнароднай канферэнцыі, напрыклад, аспіранта, які працуе над уласнай дысертацыяй. У такім разе праца над праектам можа перарасці ў абмен досведам, у міні-стажыроўку ці ў працу ў міжнароднай навуковай групе. Але такой магчымасці пакуль не было.
– Хацелася б даведацца падрабязней пра палявыя выпрабаванні прататыпа мультыканальнага спектральнага сэнсара МКСС-М. Як яны праходзілі?
– Калі тлумачыць сцісла і проста, то быў вызначаны тэставы кавалачак беларускага лесу. Для лабараторных спектральных даследаванняў адбіраліся ўзоры хваёвых галінак, якія адпавядаюць розным стадыям усыхання. Вызначыцца на месцы нам дапамагаў лесапатолаг. Сінхронна праводзілі аэраздымкі тэставага ўчастку пры дапамозе відэаспектральнай апаратуры МКСС-1. Апрацоўка і аналіз вынікаў паказалі, што такім чынам немагчыма пабудаваць падрабязную карту стану дрэвастою, бо самалёт ляціць занадта хутка для характарыстык спектрометра.
Акрамя таго, высветлілася, што неабходна дапрацаваць методыкі вызначэння стану дрэвастою і разліку верагоднасці правільнага выяўлення патрэбнага нам стану. Запатрабавалася карэкцыя параметраў рэгістрацыі спектральных даных. Разам з тым атрымалася з пэўнай верагоднасцю вызначыць тры тыпы ўсыхання, і стала зразумела, што пакуль гэты аптымальная колькасць, хоць першапачаткова разлічвалі атрымаць шэсць градацый усыхання. Паралельна прымянялі метады машыннага навучання для рашэння задачы класіфікацыі стану хваёвых дрэвастояў.
– Як ацэньваеце вынікі каманднай працы над праектам?
– Каманда сваю місію выканала. Аднак гэта не азначае, што задача цалкам вырашана. Падчас працы ў мяне з’явілася некалькі ідэй наконт таго, што можна было б зрабіць яшчэ: як інакш правесці эксперыменты, як атрымаць больш даных, як правесці дадатковыя даследаванні. Цяпер адбываецца распрацоўка і наладжванне лабараторнага абсталявання, якое, верагодна, дазволіць выявіць заканамернасці паміж спектральнымі каэфіцыентамі адлюстравання ігліцы розных узораў і іх фактычным станам. Планую таксама рэалізацыю фотаметрычнай часткі, каб даследаваць фотасінтэтычна актыўныя кампаненты на базе аднойчы распрацаванай, пратэставанай і запатэнтаванай устаноўкі Cherry. У планах перарабіць яе з улікам усіх недахопаў і памылак, дапушчаных у першай ітэрацыі, а яшчэ пашырыць яе магчымасці і хуткасць атрымання даных. Хацелася б паўтарыць мінулыя эксперыменты ў большым аб’ёме з лепшай якасцю. За базу новай устаноўкі плануем узяць комплекс «Візір».
У якасці працягу дадзенай тэмы быў распрацаваны і сабраны прататып спектральнай апаратуры «Бакас», які дазволіць атрымаць новыя эксперыментальныя даныя. Адзначу, што гэты прататып эксперыментальны, будзе выконваць усе тыя ж функцыі, што і мультыканальны спектральны сэнсар МКСС-1. Але за кошт сваёй адносна малой вагі новы прыбор будзе прызначаны для падвешвання да дрона на вібраразвязаную апору. У тэорыі гэта дазволіць атрымліваць даныя лепшай ступені дэталізацыі, што паменшыць верагоднасць памылкі, аднак практычная праверка гэтай гіпотэзы пакуль не адбылася.
– Пакуль жа Вы займаецеся тэсціраваннем і адладкай новага мініяцюрнага фотаспектральнага комплексу. У чым яго ўнікальнасць?
– Так, тэсціраванне і адладка – гэта неабходныя стандартныя працэдуры, якія ўключаюць у сябе каліброўку па даўжынях хваль, вызначэнне спектральнага разрознення, карэкцыю аднаго і другога пры неабходнасці, вызначэнне вуглавых характарыстык, прывязку палёў зроку спектрометра і відэакамеры, энергетычную каліброўку. А паўнавартаснае тэсціраванне мае на ўвазе лётныя выпрабаванні, якія запланаваны на восень 2022 года. Хутчэй за ўсё будзе абраны новы тэставы ўчастак лесу, над якім будзе лётаць дрон з новым прыборам на вібрападвесе. Наземная група зоймецца зборам узораў, каб потым вывучыць іх у лабараторыі. Такі аналіз будзем рабіць са спадзяваннем, што атрымаецца паменшыць верагоднасць памылкі вызначэння патрэбнага нам стану дрэвастояў.
Што да ўнікальнасці прыбора, то ён канцэптуальна прымітыўны. Ужываем метады апрацоўкі даных, якія прывязаны да яго оптыка-электронных характарыстык, яны таксама не ўяўляюць сабой чагосьці выбітнага. А вось уся гэта сукупнасць ужо ўнікальная, паколькі некаторыя метады апрацоўкі – аўтарскія, уласнай распрацоўкі.
Планы па развіцці праекта на найбліжэйшую будучыню такія: дарабіць ганіёметр, адкалібраваць спектрометр, правесці выпрабавальны вылет і, калі нічога не зломіцца, сабраць эксперыментальныя даныя, паспрабаваць іх апрацаваць, а потым прааналізаваць вынікі.
– Гэта не адзіны праект, над якім працуеце. Якімі даследаванням займаецеся яшчэ?
– Так, пакуль гэта не асноўны мой праект, над ім я працую ў вольны ад працы час. Апрача яго, я займаюся падрыхтоўкай трох спектральных прыбораў да Антарктычнай экспедыцыі. Адказваю за каліброўку, адладку і тэсціраванне. Працую над атрыманнем спектральных даных па ўзорах, атрыманых падчас экспедыцыі на Курыльскія астравы. А яшчэ апрацоўваю спектральныя даныя самаробнага ўльтрафіялетавага прыбора DEVI, прызначанага для даследавання складу вулканічных выкідаў. Кірую праектам па гарадскім востраве цяпла і апрацоўваю даныя спектрографа MAX-DOAS. Распрацоўваю методыкі спектральна-энергетычных калібровак для комплексу «Камея», удзельнічаю ў працах над аўтаматызацыяй працэсу каліброўкі па СПЭЯ на комплексе «Камея», у працах над наладкай і аўтаматызацыяй комплексу «Візір». А яшчэ ўдзельнічаю ў распрацоўцы спектральнага імітатара касмічнага эксперыменту.
Марыя ШНА
