Науковці УкрНДІЛГА взяли участь в міжнародній літній школі «Стан лісів та моніторинг в епоху дистанційного зондування»

Опубліковано: 2025-06-02

Співробітники УкрНДІЛГА – завідувач сектору екології лісу Сергій Сидоренко та технік апарату управління Тарас Букша, – взяли участь у міжнародному літньому тренінговому курсі, організованому Національним інститутом досліджень та розвитку лісового господарства Румунії «Марін Драцеа» (INCDS) і Трансільванським університетом (UNITBV). Навчальний курс проведено за фінансової підтримки проєкту Європейського Союзу ForestValue2, який сприяє посиленню координації й узгодження національних і регіональних програм досліджень та інновацій у сфері лісової біоекономіки з метою зміцнення європейського дослідницького простору та реалізації Європейського зеленого курсу (Green Deal).

Курси відбулися з 12 по 16 травня в місті Брашов (Румунія) й були присвячені сучасним технологіям моніторингу лісів за використанням активних сенсорів та інших засобів дистанційного зондування Землі (наземне лазерне сканування, лідарне сканування з літака, супутникове лідарне сканування та супутникова радіолокаційна зйомка).

За результатами попереднього конкурсного відбору до літніх навчальних курсів були запрошені 20 дослідників-початківців та молодих фахівців з 8 європейських країн – Польщі, Фінляндії, Литви, Естонії, Чеської республіки, Болгарії, Молдови та України. Від України в заході взяли участь представники УкрНДІЛГА, ВО «Укрдержліспроект» (Крістіна Тосунова з Центру національної інвентаризації лісів (НІЛ) і Віталій Крикун з Української лісовпорядної експедиції, м. Ірпінь), представники Поліського національного університету Марина Швець і Мелітопольського державного педагогічного університету ім. Богдана Хмельницького Анастасія Зимароєва.

Тренерами та наставниками в літніх навчальних курсах виступили визнані спеціалісти з дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) та моніторингу лісів – професор Сорін Попеску (Sorin Popescu) з Техаського університету (США), професор Міхай Танасе (Mihai Tanase) з університету Алькали (Іспанія), Штефан Лека (Stefan Leca) – керівник напрямку моніторингу лісів в INCDS (Румунія), та Ігор Букша, завідувач відділу інвентаризації лісів, моніторингу, сертифікації та лісовпорядкування УкрНДІЛГА.

Українські учасники тренувального курсу «Стан лісів та моніторинг в епоху дистанційного зондування»

Учасників літніх навчальних курсів від імені організаторів заходу привітали науковий директор INCDS Овідіу Бадеа (Ovidiu Badea), декан факультету лісівництва Трансільванського університету Александру Курту (Alexandru Curtu) і національний координатор проєкту ForestValue2 Екатеріна Апостол (Ecaterina Apostol).

Привітальне слово наукового директора INCDS Овідіу Бадеа

Теоретична частина курсу розпочалася з лекції професора Соріна Попеску, присвяченій засобам наземної, авіаційної та космічної лідарної зйомки лісів, а також методам і алгоритмам обробки даних лідарного сканування (лідарної хмари точок) для отримання цифрових 3D моделей, які дозволяють будувати відповідні цифрові моделі рельєфу і деревного намету, що характеризує структуру лісових насаджень. Основна увага в доповіді була зосереджена на різних типах лідарної зйомки: наземному лазерному скануванні (TLS), скануванні з літака (ALS) та супутникових лідарних даних із місій GEDI (Global Ecosystem Dynamics Investigation) та ICESat-2 (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite). Учасники курсів детально ознайомилися із принципами функціонування цих систем, їх перевагами та недоліками при використанні в цілях моніторингу лісових насаджень, з особливостями моделювання характеристик деревостанів, аналізу вертикальної структури насаджень, оцінки запасів біомаси тощо.

Професор Сорін Попеску розповів про особливості аналізу даних лідарної зйомки та перспективи їх застосування для моніторингу лісів

Лідарна (LiDAR) зйомка з літака чи дрона дає можливість прямого вимірювання окремих дерев і визначення показників густоти деревостану, висоти дерев, ширини та протяжності крон, вертикального розподілу хмари лідарних точок. За результатами вимірювання таких показників є можливість проводити розрахунки на основі регресійних моделей для визначення діаметрів стовбурів на висоті 1,3 м, суми площ поперечних перерізів дерев у насадженні, запасу деревостану та біомаси тощо. Окрім лідарної зйомки на основі авіаційної платформи (літак або дрон), було представлено інформацію щодо застосування лідарної зйомки на основі супутникових платформ місій GEDI та ICESat-2, які надають можливості для вимірювання висоти деревного намету і картування запасів біомаси.

Професор Міхай Танасе презентував сучасні можливості радіолокаційної зйомки, зокрема – радарної зйомки з допомогою технології синтезованої (синтетичної) апертури SAR (Synthetic Aperture Radar).

Професор Міхай Танасе розповів про особливості радіолокаційної зйомки та її застосування в цілях моніторингу лісів

В доповіді детально розглядалися принципи роботи SAR (зокрема – на прикладі місії Sentinel-1), а також методи обробки результатів зйомки за допомогою програмного забезпечення GAMMA в цілях дистанційного моніторингу лісів з особливою увагою до визначення впливу лісових пожеж на лісостани, оцінювання пошкодження деревостанів і втрат лісового покриву. Важливим є те, що радарна зйомка SAR надає можливості отримувати інформацію для моніторингу навіть у важких погодних умовах та в умовах складного рельєфу. Лектори наголосили на перспективності інтеграції даних із різних типів активного зондування (SAR та Lidar) із залученням даних оптичних сенсорів (Landsat та Sentinel-2) для навчання більш точних моделей із застосуванням алгоритмів машинного навчання.

Штефан Лека, керівник напрямку моніторингу лісів Румунії, розповів про діяльність із моніторингу лісів І і ІІ рівнів ICP Forests у Румунії, а також поділився досвідом довготривалих екологічних досліджень на ділянках мережі LTER (Long Term Ecological Research).

Штефан Лека розповів про поточну діяльність із моніторингу лісів у Румунії

Між ділянками моніторингу лісів І та ІІ рівнів за програмою ICP Forests і ділянками мережі LTER існують певні відмінності в цілях, завданнях і методології проведення досліджень. Мета досліджень ICP Forests:

•          рівень I – широкомасштабний моніторинг стану лісів з метою оцінки їх загального стану в Європі шляхом отримання репрезентативної картини його змін на великих територіях;

•          рівень II – детальний моніторинг на обмеженій кількості ділянок для вивчення причин змін стану лісів, у тому числі впливу атмосферних опадів, забруднення, ґрунтів тощо.

Завдання ICP Forests – на ділянках І рівня провести оцінку дефоліації крон дерев, визначити стан видового складу деревної рослинності та  встановити основні характеристики лісостанів, а на ділянках ІІ рівня – провести детальне дослідження хімії атмосферних опадів, ґрунтів, водного балансу, росту дерев, вмісту важких металів, фітопатологічного стану насаджень та особливостей фенології лісових деревних порід.

Основна мета LTER – проведення довготривалого комплексного вивчення екосистем, включаючи їх біотичні й абіотичні компоненти, взаємозв’язки та динаміку під впливом природних і антропогенних факторів. Вказаний підхід не обмежується лише лісами. Завдання LTER – проведення довгострокового збору даних про біогеохімічні цикли, кліматичні зміни, флору, фауну, взаємодії в екосистемах, соціоекологічні фактори. Такий збір даних проводиться часто із застосуванням інтер-дисциплінарних підходів, наприклад – шляхом поєднання методів екології, гідрології, кліматології, соціології.

Методологія ICP Forests є чітко стандартизованою й узгодженою на загальноєвропейському рівні у відповідності з ICP Forests Manual, тоді як методика LTER є менш уніфікованою, але адаптованою під специфіку конкретної екосистеми. На ділянках LTER використовують інноваційні прилади та інструменти, а спостереження проводяться протягом 10 та більше років. Дослідження на таких ділянках не обмежуються лише інтенсивними польовими вимірюваннями, а включають також детальні лабораторні дослідження, дистанційне зондування тощо.

Ігор Букша, завідувач відділу інвентаризації лісів, моніторингу, сертифікації та лісовпорядкування УкрНДІЛГА, у своїй презентації охарактеризував стан розвитку в Україні Національної інвентаризації лісів (НІЛ) як ключового елементу системи моніторингу лісів.

Ігор Букша розповів про сучасний стан національної інвентаризації та моніторингу лісів в Україні й досвід використання мобільної ГІС Field-Map

У зв’язку з впливом російської військової агресії на ліси та появою значних площ недоступних лісів (через тимчасову окупацію, забруднення вибухонебезпечними предметами та інтенсивні бойові дії), в рамках НІЛ за підтримки німецько-українського проєкту, який фінансується урядом Німеччини, було впроваджено інвентаризацію лісів з використанням засобів дистанційного зондування Землі (ДЗЗ). Перші результати НІЛ з використанням засобів ДЗЗ, які були отримані в 2023 році, продемонстрували ефективність застосування супутникових даних в якості додаткового джерела інформації щодо стану лісових ресурсів.

Для розвитку методології дешифрування матеріалів ДЗЗ важливим є отримання наземних геопросторових даних, ефективний збір яких забезпечує мобільна ГІС Field-Map. Наземне обстеження лісів із використанням такої ГІС технології забезпечує синергічний ефект у результаті поєднання наземних геопросторових даних і даних ДЗЗ. Деякі учасники літніх навчальних курсів вже мали досвід використання мобільної ГІС Field-Map у своїй роботі, в тому числі – для збору польових даних, проте презентований у доповіді широкий спектр можливостей застосування цієї технології, в тому числі – для вирішення задач щодо дешифрування матеріалів ДЗЗ, викликав значну зацікавленість учасників навчальних курсів.

Програма тренінгового курсу поєднувала теоретичні лекції з демонстрацією робіт на ділянках моніторингу та практичні заняття з використанням даних ДЗЗ. Учасники курсу відвідали ділянку інтенсивного моніторингу ІІ рівня в гірських лісах і ознайомилися з методикою збору польових даних за допомогою спеціального обладнання, а також із різними типами приладів для наземного лазерного сканування, які застосовують в цілях моніторингу лісів.

Обладнання для безперервного моніторингу водного режиму дерев та приросту за діаметром

Демонстрація роботи стаціонарного лазерного 3D сканера FARO

Два дні тренінгу були присвячені навчанню з обробки даних SAR та Lidar і вивченню методів їх практичного застосування в цілях моніторингу лісів. Учасники курсів мали змогу детально ознайомитися з особливостями підготовки й обробки даних ДЗЗ, отриманих наземними методами та за допомогою аерозйомки або супутникової лідарної і радіолокаційної зйомки.

Практичні заняття з обробки даних супутникового та наземного лазерного сканування лісів

В рамках практичних занять передбачалося створення невеликого навчального проєкту, який би демонстрував рівень засвоєння матеріалу курсу. Учасники заходу від України підготували проєкт із оцінювання змін динаміки рослинного покриву на території колишнього Каховського водосховища, які відбуваються після підриву дамби Каховської ГЕС. Для створення безперервної карти висоти деревостанів та запасів надземної біомаси (wall-to-wall) було використано дані ICESat-2 і GEDI (для збільшення просторового покриття) в поєднанні з даними багатоспектральних супутникових знімків (Sentinel-2 та Landsat 9).

Ці дані було використано у якості предикторів в моделі машинного навчання до всієї зони інтересу з метою створення мап висоти деревостану з роздільною здатністю 10 м. Генерація змінних, пов’язаних із характеристиками вертикальної й горизонтальної структури деревостану та біомасою проводитиметься в межах кожного року. Початковою точкою моделювання була дата підриву дамби Каховської ГЕС (відсутність рослинного покриву), після чого здійснюватиметься щорічна генерація растрових шарів. Це дозволить оцінити інтенсивність росту та поновлення деревостанів після катастрофи.

Практичні заняття допомогли учасникам тренінгу краще зрозуміти, як поєднувати дані дистанційного зондування з польовими вимірюваннями, а також як їх використовувати для вирішення завдань моніторингу лісів, оцінювання впливу кліматичних ризиків на ліси та для розроблення адаптаційних стратегій.

По завершенню міжнародних тренувальних курсів усі українські учасники отримали сертифікати, які підтверджують підвищення їх кваліфікації в питаннях дистанційного моніторингу лісів і  наявність відповідного досвіду та навичок щодо застосування сучасних технологій дистанційного зондування Землі для моніторингу лісів. Важливим аспектом літніх навчальних курсів було встановлення комунікації з науковцями різних країн Європи, які працюють над проблемами впровадження передових технологій у практику моніторингу лісів, а також отримання доступу до актуальної інформації щодо сучасних технологій ДЗЗ і можливостей їх застосування.

Під час візиту українських спеціалістів до Румунії також відбулося підписання меморандуму про співпрацю між Національним інститутом досліджень і розвитку лісового господарства Румунії «Марін Драцеа» (INCDS) та УкрНДІЛГА. Підписаний директором УкрНДІЛГА В.П. Ткачем меморандум був переданий генеральному директору INCDS Шербану Давидеску (Șerban Davidescu), який підписав меморандум у присутності членів Ради директорів INCDS та Президента національного органу з питань досліджень Міністерства освіти і науки Румунії Андрея  Александру (Andrei Alexandru).

Підписання меморандуму про співпрацю представниками Національного інституту досліджень та розвитку лісового господарства Румунії «Марін Драцеа»

Меморандум про співпрацю з румунським інститутом досліджень і розвитку лісового господарства INCDS став важливим кроком у напрямку розвитку наукового співробітництва УкрНДІЛГА з лісовим профільним інститутом країни-члена ЄС, який має зацікавленість у розвитку наукового співробітництва з УкрНДІЛГА і може виступати в   якості партнера або координатора наукових консорціумів, таких як  Horizon Europe та  LIFE. Це сприятиме участі українських вчених у спільних заявках на гранти в  рамках європейських програм та забезпечуватиме проведення обміну знаннями, досвідом і  кращими практиками наукової підтримки лісогосподарської діяльності. Румунські колеги мають досвід роботи за стандартами ЄС, беруть участь в європейських наукових мережах, а  також у впровадженні політик ЄС в  лісовому секторі, тому  науковці УкрНДІЛГА матимуть змогу отримати доступ до  сучасних методологій досліджень та інноваційних рішень в галузі лісового господарства. Підписання меморандуму відкриває можливості для проведення спільних дослідницьких проектів щодо проблем, які є  актуальними для обох країн – зміна клімату, збереження біорізноманіття, стале лісоуправління, лісова біоекономіка, цифровізація лісового господарства та  управління ландшафтними пожежами. Меморандум створює основу для проведення програм обміну науковцями, стажувань, участі в спільних семінарах, конференціях і літніх школах, що сприятиме підвищенню кваліфікації українських фахівців. Спільні дослідження можуть бути використані для наукового обґрунтування та вдосконалення лісової політики в Україні, наближаючи її до європейських стандартів і цілей (наприклад, Європейського зеленого курсу). Активна наукова співпраця з партнерами із країн ЄС демонструє готовність та спроможність українських науковців інтегруватися в європейський дослідницький простір і спільно з європейськими вченими працювати над вирішенням проблем, які є актуальними для лісового сектору.  

Присутність під час підписання меморандуму Президента румунського національного органу з питань досліджень Міністерства освіти і науки підкреслює офіційну підтримку такої співпраці на високому рівні в Румунії, що значно посилює потенціал і перспективи розвитку співробітництва між двома профільними науковими інститутами в галузі лісового господарства України та Румунії.

 

Сергій Сидоренко,

завідувач сектору екології лісу,

 

Ігор Букша,

завідувач відділу інвентаризації лісів,

моніторингу, сертифікації та лісовпорядкування