Як карта з роздільною здатністю 10 метрів розрізняє плантацію від первісного лісу

Зелене піксель: що за ним стоїть

З орбіти первісний тропічний ліс і евкаліптова плантація виглядають як однаковий зелений піксель. Пальмова плантація — те саме. Вони накопичують кардинально різні обсяги вуглецю та біорізноманіття. Регламент ЄС щодо продуктів, не пов'язаних з вирубкою лісів, вимагає доказів: кава, какао, пальмова олія чи деревина не повинні походити з земель, що були лісом у 2020 році і пізніше перейшли до сільського господарства. Деревопродукція також має бути вільною від деградації лісів: вона не може походити з первісного лісу, перетвореного на плантацію, або з природно відновлюваного лісу, перетвореного на плантацію. Компаніям і регуляторам потрібно знати не лише де стоять дерева, а який тип лісу вони утворюють і що замінює їх після вирубки.

Минулого року ті самі партнери випустили карту з роздільною здатністю 10 метрів, яка відповідала лише на одне запитання: чи була ця ділянка природним лісом у 2020 році чи ні. Нова карта Forest Typology (ForTy) 2020 йде далі. Вона розподіляє кожну ділянку на шість категорій і додає ранній часовий ряд, що показує зміни рік за роком з 2017 по 2025 рік.

Шість класів на основі визначень ФАО

Визначення використовуються з ООН з питань їжі та сільського господарства. Первісний ліс — це рідний ліс без видимих ознак антропогенного порушення. Природно відновлюваний ліс виріс сам після вирубки чи пожежі. Посаджений ліс був засіяний або посаджений людьми і керується довгими циклами. Плантаційний ліс — швидко зростаючий, інтенсивно керований, часто монокультурний. Деревні культури та агролісове господарство вирощують не деревину — пальмову олію, каучук, какао, фрукти. Інші землі охоплюють усе інше: луки, орні землі, міста, води.

Кожен квадратний кілометр відображає найпоширеніший тип, але база даних зберігає класифікацію 10 метрів для кожного пікселя. Користувачі можуть досліджувати її в повній роздільній здатності у додатку Earth Engine.

Навчання на 1,7 мільйонах позначених точок

Навчити модель розділяти ці класи важко, бо відмінності залежать від способу використання землі, а не лише від вигляду. Команда створила навчальну вибірку з приблизно 1,7 мільйона позначених локацій, отриманих з експертних опитувань та національних наборів даних. Також включені регіональні набори даних та цільові перевірки проблемних зон. Модель використовує спеціальну архітектуру для даних дистанційного зондування. Ключовий вхід — ембеддинги AlphaEarth Foundations — компактні зведення років спостережень супутників для кожного пікселя 10 метрів. Ці ембеддинги дозволяють моделі помічати тонкі ознаки: схеми посадки, цикли росту, ритми збирання врожаю.

Валідація на 9000 випадкових точках

Разом із Всесвітнім інститутом ресурсів та Міжнародним інститутом прикладних системних аналізів команда перевірила ForTy на більш ніж 9000 випадково обраних точках по всьому світу. У кожній точці два навчені експерти вивчали зображення високої роздільної здатності та роки супутникових записів, щоб визначити справжній тип землі. ForTy правильно визначила тип лісу у 90 відсотках випадків. Вона відокремнила ліс від нелісових земель у 95 відсотках, перевершивши інші глобальні карти лісів.

Замість однієї так/ні мітки модель видає ймовірнісний бал для кожного класу. Компанія, що оцінює ризик вирубки за регламентом ЄС, встановить суворий поріг і прийме лише пікселі, у яких модель впевнена сильно. Дослідник, що оцінює загальну площу лісів, використає повний спектр ймовірностей, щоб отримати повнішу картину потенційного ландшафту.

Від знімка до річної історії

Однорічна карта — це базова лінія. Ліси змінюються. Новий ранній часовий ряд застосовує схожий підхід до кожного року з 2017 по 2025 рік. Він показує не лише де ліси зникають і де вони відновлюються, а й який саме тип зміни відбувся: природний ліс перетворився на деревину, або покинута земля повільно відновлюється в ліс. Це важливо, бо найважливіші зміни важко помітити. Коли природний ліс вирублюють і садять плантацію, земля знову стає зеленою. Стандартні карти покриття деревами не зафіксують зміну. Часовий ряд ForTy робить ці приховані зміни видимими — і втрати, і прирости.

Відкритий доступ і наступні кроки

Карта Forest Typology 2020, описана в Scientific Data, і часовий ряд тепер безкоштовно доступні в Google Earth Engine за відкритою ліцензією. Уряди, компанії, природоохоронні групи та вчені можуть використовувати їх для створення ланцюгів постачання без вирубки, напрямлення лісових фінансів туди, де вони потрібні, та захисту первісних лісів, що мають найбільше значення. У найближчі місяці партнери будуть покращувати часовий ряд разом із користувачами. ForTy входить до ширшого портфеля AI for Nature, який включає картування драйверів втрати лісів, прогнозування ризику вирубки, моделювання глобального розподілу видів та моніторинг біорізноманіття в полі. Це також останнє доповнення до Google Earth AI, колекції геопросторових моделей та наборів даних Google для екологічних викликів. Скільки з 1,7 мільйона навчальних точок залишаються в активному використанні — у оголошенні не зазначено.