Датчики на деревьях: как российские ученые проводят экологический мониторинг в городах

Основная цель нацпроекта «Экология» — кардинально улучшить экологическую обстановку в стране, в том числе за счет использования современных технологий. Ученые-аграрии Российского университета дружбы народов (РУДН) решают проблему повышенной антропогенной нагрузки на окружающую среду с помощью специального онлайн-мониторинга. Как он помогает сохранять деревья в крупных городах, читайте в материале портала национальныепроекты.рф.

Первый такой проект в черте города

Ученые лаборатории «Смарт-технологии устойчивого развития городской среды», созданной в РУДН при поддержке гранта Российского научного фонда, развивают систему онлайн-мониторинга зеленых насаждений. Она может оценить состояние деревьев в городских агломерациях и дать прогноз, необходимый для принятия оперативных решений по уходу за ними.

Как рассказал порталу координатор лаборатории кандидат биологических наук Вячеслав Васенев, это первый подобный проект в России по использованию интернета вещей для удаленного мониторинга состояния зеленых насаждений в режиме реального времени. Более того, для городской зеленой инфраструктуры он первый в мире. «Альтернативы, безусловно, существуют, но в основном они связаны с дистанционным зондированием или методами гражданской науки, когда данные собираются за счет большого количества наблюдателей», — пояснил он.

Проект был запущен осенью 2018 года на двух экспериментальных площадках в РУДН и Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева. Результаты этого тестового проекта были представлены департаменту природопользования и охраны окружающей среды Москвы. В итоге с 2018 года до конца 2020-го проект охватил 200 деревьев в пределах столицы на восьми разных площадках и финансировался департаментом.

Чем больше данных, тем лучше

Для наблюдения за состоянием деревьев ученые используют уникальные устройства Tree Talker, или тритокеры (от англ. tree — «дерево» и talker — «болтун»). Встроенные датчики позволяют им измерять, насколько наклоняется дерево. Если слишком сильно — они отправляют оповещения. По словам Васенева, сами устройства напрямую не смогут предотвратить падение дерева. Однако они отслеживают диапазон его состояния. «Датчики не помогут избежать падения — они его предсказывают», — пояснил он.

Личный архив Вячеслава Васенева

Кроме того, тритокеры включают в себя радиометры, измеряющие интенсивность солнечной радиации и отраженного в кроне света; датчики температуры и влажности древесины, которая проводит воду и питательные вещества; датчики температуры и влажности воздуха; инфракрасные датчики расстояния для измерения увеличения диаметра ствола.

«Параметры, которые мы выбирали, с одной стороны, объективно характеризуют дерево как здоровое или больное, живое или мертвое, с другой — позволяют оценить возможность монетизации в случае такой необходимости, — рассказал Васенев. — Плюс датчиков в том, что они соединяют все параметры и при помощи технологии интернета вещей позволяют не следить за каждым датчиком и деревом, а в режиме реального времени получать доступ к собранным данным».

Команда проекта разработала систему сбора, передачи и хранения первичных данных. С устройства данные поступают в облачное хранилище, затем на сервер, и далее эксперты работают над алгоритмами анализа.

Участие в глобальной сети

В глобальной сети Tree Talker работают около 2 тыс. датчиков. В Китае и Европе их по нескольку сотен, однако используются они в отличие от российского проекта в основном в зоне естественных насаждений.

«В целом, что касается российской и глобальной сети Tree Talker, вопрос открытости данных стал важным принципом нашей работы. Любой ученый, который занимается оценкой состояния деревьев, может получить доступ к данным для обработки и интерпретации», — отметил Васенев.

Сейчас уже создана база данных, которая регулярно обновляет параметры состояния зеленых насаждений разного вида и возраста, подвергающихся антропогенной нагрузке. Если визуальный метод позволяет оценить дерево раз в год или даже несколько лет, то тритокер собирает данные каждый час.

«За время проекта ни одно дерево в российской сети не упало, что в научном плане плохо, потому что у нас не было данных с датчиков о состоянии перед моментом падения, а значит, нет основы для диагностики. Однако в глобальной сети падение дерева было зафиксировано в заповеднике в Италии», — рассказал ученый.

Таким образом, сбор конкретной статистики по аналогичным случаям позволит усовершенствовать систему и определить неблагоприятные условия произрастания для каждого вида деревьев, пояснил он.

Расширение границ наблюдения

Весной РУДН планирует установить датчики в Апатитах, Санкт-Петербурге и Ростове-на-Дону, то есть к концу 2021 года в России будет действовать сеть тритокеров от Белого до Черного моря.

«Команда проекта открыта новым предложениям со стороны местных департаментов или частных организаций. Проект уже поддержал департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы, на согласовании находится договор с комитетом по благоустройству Санкт-Петербурга. Наблюдается интерес со стороны научных организаций. Массовое внедрение датчиков — вопрос нескольких лет», — сообщил Васенев.

«Наш научный коллектив разделяет поставленные нацпроектом «Наука» задачи и стремится к соответствию им на нашем уровне. Так, например, мы развиваем сотрудничество с региональными научными институтами в Апатитах, Пущине, Ростове-на-Дону, Якутске. Большая часть нашего научного коллектива — молодые ученые», — добавил специалист.

Ксения Петрова