Розробка та дослідження системи ідентифікації сировини для біогазових установок за даними супутникової зйомки

Abstract

Надземна біомаса (НБМ) (англ. Aboveground biomass – AGB) – маса живої деревини, гілок та листя над поверхнею ґрунту – безпосередньо відображає кількість органічної речовини в живих і мертвих рослинних матеріалах (наприклад, у листі, гілках та стовбурах) і виражається в одиницях сухої ваги на одиницю площі. НБМ також є одним із основних резервуарів вуглецю в лісових екосистемах і ключовим індикатором здоров'я лісу. Таким чином, вимірювання та моніторинг змін надземної біомаси є критично важливими для розуміння її ролі в глобальному колообігу вуглецю, що необхідно для зниження концентрації вуглекислого газу та пом'якшення наслідків зміни клімату. Науково-практична актуальність роботи полягає у створенні безпечного, дистанційного інструменту автоматичного моніторингу багатокомпонентної сировинної бази для біогазової індустрії України. В умовах воєнного стану, коли наземний доступ до агроугідь та лісових масивів лісостепової зони критично обмежений через мінування та загрози обстрілів, запропоновано комплексний підхід на основі супутникової зйомки. Система дозволить не лише ідентифікувати аграрну сировину, а й оперативно оцінювати обсяги лісових відходів, чагарникової біомаси та деревини, пошкодженої лісовими пожежами. Це забезпечить безперебійну логістику розподіленої біогазової генерації, сприятиме очищенню та рекультивації екосистем і посилить загальну енергетичну стійкість держави. За останнє десятиліття спостерігається зростання обсягів картографування та оцінювання біомаси глобальних наземних екосистем за допомогою дистанційного зондування Землі (ДЗЗ). Предиктивні змінні, отримані на основі супутникових даних, використовуються для оцінки НБМ та аналізу її просторово-часової мінливості за допомогою ефективних підходів ДЗЗ. Розробка та впровадження систем оцінки й моніторингу НБМ на основі ДЗЗ може забезпечити низьковартісні та точні операційні геопросторові інструменти для швидкого й ефективного виявлення, картографування та оцінювання відповідних змін біомаси в будь-якому досліджуваному регіоні. З іншого боку, цей самий тип геопросторових інструментів може підтримати реалізацію, моніторинг та оцінку ефективності політик і стратегій охорони природи, надаючи систематичну і точну систему моніторингу оцінки НБМ лісів та лісостепів України. ДЗ надає змінні, які опосередковано пов'язані з НБМ, а спектральна відповідність (вихідні або трансформовані канали давачів) рослинного покриву, його щільності, тіні та текстури корелює з показниками біомаси. Метою магістерської кваліфікаційної роботи є дослідження супутникових знімків, отриманих на їхній основі предиктивних змінних, а також алгоритмів, що використовуються для оцінки надземної біомаси різних екосистем за даними дистанційного зондування. Об'єкт дослідження – процес дистанційної ідентифікації, класифікації та просторово-кількісного оцінювання біомаси (аграрних культур, рослинних залишків, лісових та чагарникових ресурсів) як потенційної сировинної бази для біогазових установок. Предмет дослідження – моделі, алгоритми та геоінформаційні методи інтелектуального оброблення мультиспектральних і радіолокаційних супутникових даних (включаючи вегетаційні індекси) для автоматизації розпізнавання видів і прогнозування обсягів біогазової сировини в умовах обмеженого наземного моніторингу.