Старший преподаватель кафедры физической географии и геоинформационных систем АлтГУ Людмила Долгачева защитила кандидатскую диссертацию «Геоэкологическая оценка лесов Алтайского края средствами дистанционного зондирования Земли». Защита состоялась 3 июля 2026 года в диссертационном совете Института водных и экологических проблем СО РАН (г. Барнаул), научный руководитель – доцент кафедры физической географии и геоинформационных систем АлтГУ Ирина Ротанова. Исследование направлено на то, чтобы своевременно проводить мониторинг лесных территорий, выявляя поврежденные насаждения, и принимать грамотные управленческие решения. Его результаты уже взяты на вооружение Центром защиты леса Алтайского края.

– Людмила Евгеньевна, ваша тема посвящена лесам Алтайского края, их состоянию. О каком масштабе идет речь?

– Согласно официальным данным, общая площадь земель лесного фонда Алтайского края по состоянию на 1 января 2025 года – 4434,10 тыс. га. Из них 3778,70 тыс. га заняты лесными насаждениями, причем леса с нарушенной и утраченной устойчивостью занимают 29942,00 га. Среди лесных территорий с деградирующей растительностью по породному составу преобладают сосновые древостои – 59,8 %. Эти данные указывают на необходимость геоэкологической оценки лесных территорий, прежде всего тех, где ситуация оставляет желать лучшего. А где именно? Я изучила материалы обзора санитарного и лесопатологического состояния лесов Алтайского края, данные отчетности Министерства природных ресурсов и экологии Алтайского края, данные форм Государственного лесного реестра, отчеты ФБУ «Авиалесоохрана», Лесной план Алтайского края и другие, в результате чего решила взять два крупных лесничества – Новочихинское и Горно-Колыванское, общей площадью 403,9 тыс. га. В результате исследований пришла к следующему заключению: за 2017–2022 годы в Новичихинском лесничестве показатель усыхания древостоя увеличился более чем на 5 тыс. га, а в Горно-Колыванском, за 2016–2024 годы, поврежденная жуком-короедом площадь стала в два раза больше. Конечно, это не может не вызывать тревогу, тем более учитывая тот факт, что Алтайский край расположен преимущественно в степной и лесостепной зонах и что особое природное значение имеет сохранение реликтовых ленточных боров. Лесники, ученые и все неравнодушные люди работают над тем, чтобы масштаб таких повреждений сокращался – не разрастался.

– В диссертации вы отмечаете, что ключевая проблема лесов Алтайского края – усыхание. Чем она вызвана и как ее решить?

– Чтобы это узнать, я выявила и описала геоэкологические факторы, доминирующих – два: вымокание и жук-короед, а именно полиграф уссурийский. Другими словами, усыхание лесов Алтайского края отчасти вызвано тем, что в 2016 году в регионе произошло поднятие уровня грунтовых вод, настолько масштабное, что порядка 24 тыс. га сосняков оказалось в зоне подтопления, и последствия мы наблюдаем до сих пор. Это очень большие площади. Другое бедствие случилось годами ранее, в 2012-м, когда в краевых лесах обнаружили жука-короеда, завезенного, как было установлено, из Дальнего Востока. Из-за массового нападения полиграфа уссурийского на отдельные здоровые деревья, которые за два-три года теряют устойчивость и начинают усыхать, очаги разрастаются. В частности, в Горно-Колыванском лесничестве уже несколько лет подряд фиксируют очаг этого насекомого. Жук вызывает массовое усыхание хвойных и лиственных пород, приводя к снижению продуктивности древостоев, повышению пожарной опасности и деградации лесных территорий. Проведение мониторинга лесопатологической ситуации осложняется тем, что эти территории для наземных обследований – труднодоступные. Вследствие этого возникает необходимость использования данных дистанционного зондирования Земли с технологиями искусственного интеллекта.

– Вы использовали новейшие исследовательские методы, ту же автоматизированную обработку данных ДЗЗ и возможности искусственного интеллекта. Расскажите, почему именно их.

– Одно время я работала в Центре защиты леса Алтайского края, где одной из моих задач было выявление площадей с поврежденными лесными насаждениями. Для этого использовались космические снимки и классические методы их обработки. Но хотелось пойти дальше и разделить всю эту площадь по стадиям усыхания: начальную, напряженную или критическую. Захотелось как-то это все автоматизировать, предложить универсальный алгоритм, который с достаточно хорошей долей точности будет определять одну из трех этих стадий. Стоит отметить, что каждая из них длится, как правило, два-три года, то есть десять лет – и леса нет, то есть происходит полное отмирание древостоя. Такой стадийный, закономерный процесс. Однако понятно, что каждое дерево не обойдешь и не сфотографируешь. Можно облететь, но вертолет – удовольствие дорогое. Нужны данные из космоса, с этой целью мы использовали спутниковую систему Sentinel-2 и отечественный «Канопус-В», которые дают возможность оценить степень повреждения по спектральным характеристикам. Хорошо, общую площадь повреждения получили, но для принятия конкретных природоохранных решений они все еще недостаточные. Поэтому был реализован дополнительный этап с подключением сверточной нейронной сети U-Net, заточенной под семантическую сегментацию изображения: она выделяет объекты по форме, пространственно-геометрически, а не спектрально. Так, в совокупности спутниковых данных и нейросетевой обработки, вывели единый алгоритм, способный выявлять стадии повреждения с высокой точностью на базе программного обеспечения QGIS 3.10 – кроссплатформенной геоинформационной системы. И теперь, используя полученный алгоритм, можно с высокой точностью выявлять площади усыхания лесов вследствие вымокания или повреждения жуком-короедом и разделять их по стадиям повреждения. Это поможет работникам лесного хозяйства проводить своевременный мониторинг и принимать грамотные управленческие решения.

– Я правильно понимаю, что практический результат вашей кандидатской диссертации – универсальный алгоритм?

– Да, речь идет о модифицированном алгоритме автоматизированной обработки многозональных космических снимков по спектральным признакам на основе интеграции космических данных ДЗЗ с алгоритмами искусственного интеллекта. Практическая значимость работы заключается в применении методических разработок и результатов автоматизированного дешифрирования для получения актуальной информации о состоянии лесов Алтайского края с целью оперативного реагирования и своевременного принятия мер по борьбе с вредителями и болезнями леса. Подчеркну, что основные результаты исследования предложены для внедрения в производственный процесс филиала «Рослесозащита» – Центр защиты леса Алтайского края. Методические подходы апробированы на модельных лесничествах Алтайского края, значит, их можно использовать в региональных органах управления лесами. Более того, материалы исследования уже применяются в учебном курсе по космическому ландшафтоведению в институте географии АлтГУ, они легли в основу разделов программ ДПО «Методы и средства создания цифровых карт с использованием российского программного обеспечения» и «Применение ГИС-технологий для обработки и анализа больших данных в агропромышленном комплексе». Создана база специализированных тематических и пространственных данных лесничеств Алтайского края, благодаря которой можно своевременно дать геоэкологическую оценку проблемным лесным территориям. Разработанный алгоритм нацелен на то, чтобы за счет автоматизации многих процессов, которые раньше приходилось делать вручную, помочь работникам лесного хозяйства. Труднодоступные места перестали быть «слепыми зонами» для мониторинга, ведь теперь его можно осуществлять дистанционно и, самое важное, с достаточно высокой долей точности результатов. Мне бы очень хотелось, чтобы предложенная методика нашла отклик в производственном процессе организаций, связанных с лесами, и позволила сократить площади повреждения благодаря своевременному обнаружению повреждений и проведению необходимых санитарных мероприятий.

– Лесной темой вы занимаетесь уже больше десяти лет. А почему в свое время заинтересовались ею? Какие научные планы и перспективы видите перед собой?

– Все просто: люблю лес. Из планов – решить то, что пока осталось нерешенным. Как вариант – дать геоэкологическую оценку другим вредителям и болезням леса или лесным пожарам. Хочется углубиться в это все, адаптировать алгоритм и под решение таких задач. В кандидатской ведь только две проблематики, а в реальности еще целый комплекс нерешенных проблем.

Ирина Ротанова, к. г. н., доцент, научный руководитель:

Результаты выполненного исследования представляют значительный научный интерес, поскольку применение современных геоинформационных технологий, автоматизированного дешифрирования данных дистанционного зондирования и алгоритмов искусственного интеллекта является актуальным для развития географии и геоэкологии, а также решения практических вопросов природопользования и охраны природы.

В 2025 году из-за инвазивного вида жука-короеда Polygraphus proximus, длина тела которого всего 2,5–3,3 мм, Управление Россельхознадзора по Алтайскому краю и Республике Алтай ввело карантин на участке леса площадью 12,4 тыс. га, расположенном в Солтонском районе, Солтонском лесничестве, а также Сузопском и Сайдыпском участковых лесничествах. Решить такую масштабную проблему можно на стадии детального высокоточного прогнозирования, для чего и понадобилась методика автоматизированной обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с алгоритмами ИИ. Иначе, если наводнение или нашествие жука-короеда уже случилось, предотвратить усыхание практически невозможно. Тогда приходится обращаться к инженерам по лесовосстановлению и мелиорации, но это работа очень дорогостоящая и длительная.