Bezpilotní letoun z VUT pomáhá hledat invazní rostliny

Malé bezpilotní letadlo uzpůsobené pro potřeby monitorování výskytu invazních druhů rostlin.

Petr Dvořák s letounem VUT 714

To je jeden z výsledků dlouholeté spolupráce VUT v Brně a Botanického ústavu Akademie věd v Průhonicích. Zatímco na Leteckém ústavu strojní fakulty vzniká funkční vzorek vylepšeného letounu, botanici ladí algoritmy, pomocí kterých v získaných podkladech automaticky detekují nepůvodní rostliny. Systém má usnadnit a zlevnit monitorování nepůvodních druhů, jako je například nebezpečný bolševník.

Co původně rostlo na horských svazích Západního Kavkazu, způsobuje v Evropě značné problémy. Řeč je o bolševníku velkolepém, který byl na kontinent přivezen jako dekorativní parková rostlina v 19. století. Od té doby zvládl zamořit rozsáhlá území a od druhé světové války se začal nekontrolovatelně šířit i v Česku. Náklady na boj s rostlinou jsou přitom nemalé. Například Karlovarský kraj, který byl bolševníkem nejzamořenější v republice, investoval do boje s tímto nebezpečným plevelem v letech 2013 až 2015 přes 80 milionů korun.

Bolševník ale není jediný invazní druh, na který mají odborníci pod vedením Jany Müllerové z Botanického ústavu Akademie věd spadeno. Patří mezi ně například i zlatobýl z Kanady, pajasan z Číny nebo křídlatka z Japonska. A k efektivnějšímu boji s rostlinnými vetřelci vědci používají i moderní technologie. Spojili proto síly s Petrem Dvořákem z Leteckého ústavu Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. „Cílem našeho prvního společného projektu bylo vyvinout metodiku pro mapování čtyř konkrétních invazních druhů: bolševníku, pajasanu, křídlatky a akátu. Během spolupráce jsme vyvinuli první bezpilotní letadlo optimalizované přímo pro toto použití. Teď pokračujeme s navazujícím projektem: botanici se zaměřili na další druhy, které je složitější detekovat, a já se věnuji zdokonalení letadla, aby mapování poskytovalo ještě přesnější výsledky,“ vysvětluje Dvořák.

Nový letoun má lepší multispektrální kameru i navigační systém, a tedy i výrazně větší spektrální a prostorovou přesnost. Oproti klasickému snímkování pomocí pilotovaného letadla má hned několik výhod. „Zejména je to větší operativnost a nižší cena. Když nastane vegetační období nějaké rostliny, potřebují botanici zmapovat prostor ihned, nemohou čekat na celonárodní snímkování, které se navíc opakuje jen jednou za několik let. Volně dostupné satelitní snímky jako Sentinel či Landsat nejsou pro malá ohniska invaze dosti podrobné. A zaplatit komerční satelitní snímky nebo firmu, která s letadlem nasnímkuje pár hektarů území, je drahé. Navíc je družicové i letecké snímkování dost závislé na počasí, letá se tisíce metrů nad zemí a nesmí být proto žádná oblačnost. Náš bezpilotní letoun létá maximálně 120 metrů nad zemí a tedy pod oblačností a je vybavený běžnou komerční technikou, není proto nijak drahý,“ upřesňuje Dvořák a dodává, že snímání z malé výšky znamená také lepší rozlišení výsledného obrazu.

Praktické využití je klíčové

Ze získaných dat Dvořák zpracovává georeferencované ortomozaiky, tedy letecké mapy s přesnými souřadnicemi. Ty potom předává kolegům z Botanického ústavu AV ČR, kteří na ně použijí klasifikační algoritmy za účelem rozeznávání jednotlivých druhů rostlin. Mezi ně patří i algoritmy strojového učení, které usnadňují práci s velmi detailními daty z bezpilotních prostředků. „V rámci obou zmíněných projektů jsme již připravili postupy pro pět invazních druhů a studujeme také průběh invaze na dlouhodobě sledovaných plochách, například na řece Bečvě již od roku 2014. Spolupracujeme například s Agenturou ochrany přírody a krajiny, ministerstvem životního prostředí a správami národních parků, stejně jako s dalšími správci krajiny, například  Karlovarským krajem,“ říká Jana Müllerová, hlavní řešitelka projektu z Botanického ústavu Akademie věd ČR.

Výsledky a postupy monitoringu invazí pomocí bezpilotních prostředků vědci pravidelně sdílejí na seminářích a odborných konferencích a zveřejňují na webu www.invaznirostliny.cz, kde informují o novinkách a výstupech společného výzkumu. Mezi ně patří řada odborných článků v recenzovaných zahraničních časopisech, ale také podrobná metodika zaměřená na české uživatele. „Praktické využití našich výsledků v boji s rostlinnými invazemi je pro nás totiž velmi důležité,“ zdůrazňuje Müllerová.

Využití bezpilotních technologií pro mapování zemského povrchu je poměrně široké. „Zatímco v Česku může být prioritou například likvidace bolševníku nebo detekce kůrovce, jinde může jít například o monitorování goril v pralesích. V podstatě se jedná stále o tutéž disciplínu využití metod dálkového průzkumu země z nízkých výšek,“ vysvětluje Dvořák. „O tom, jak je technologie zajímavá, svědčí i velký evropský projekt, na němž se podílíme, a který se zabývá právě využitím bezpilotních technologií pro životní prostředí,“ dodává Müllerová.

Autor: Tisková zpráva, Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně

Foto: Jan Prokopius VUT