Оценка распространения борщевиков Сосновского и Мантегацци на особо охраняемых природных территориях России по спутниковым данным

Гигантские борщевики Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.) и Мантегацции (incl. Heracleum mantegazzianum Sommier & Levier) являются одними из самых опасных инвазионных растений в Северной Евразии. Распространение инвазионных растений трансформирует экосистемы, обедняет флору, вредит здоровью и влечёт экономические затраты. С 2026 года собственники земель обязаны бороться с такими видами согласно ФЗ от 31.07.2025 № 294‑ФЗ [4]. Особенно актуальна проблема для особо охраняемых природных территорий (ООПТ), призванных сохранять биоразнообразие: контроль за Heracleum sosnowskyi Manden. обязателен для ООПТ шести федеральных округов [5]. В связи с этим, необходимы открытые инструменты картографирования борщевиков - они помогут планировать меры борьбы и оценивать затраты, а также предоставят данные для научного анализа динамики распространения видов.
Доклад посвящен созданию открытого сервиса картографирования гигантских борщевиков и оценке площадей заражения ими ООПТ. Большое внимание уделено этапу создания обучающей разметками силами экспертов.
Крупные заросли гигантских борщевиков распознаются на спутниковых изображениях высокого и сверхвысокого разрешения, что позволяет проводить как ручное экспертное дешифрирование [1], так и использовать алгоритмы машинного обучения для автоматического дешифрирования [2, 3].
Открытым инструментом картографирования гигантских борщевиков является Сервис для поиска очагов борщевика по спутниковым снимкам [6]. На бесплатную онлайн платформу пользователи загружают спутниковые снимки интересующей их территории и получают результат дешифрирования в виде выделенных алгоритмом зон произрастания борщевиков. Полученный результат можно рассмотреть онлайн, а также скачать в формате JPG или GeoJSON. Для загрузки на платформу подходят RGB-композиты изображений со спутников Sentinel-2.
На первом этапе разработки алгоритма для сервиса использовался набор из 287 фрагментов снимков с изображением крупных зарослей гигантских борщевиков, каждый из которых покрывал площадь от 1 тыс до 5 тыс га. Из них был сформирован датасет в 10 тысяч тайлов и рассчитан вегетативный индекс CIVE. Классификацию изображений выполняла модель, обученная с помощью библиотеки CatBoost. Точность классификации по метрике IOU (Intersection Over Union) составляет 0,75.
Результат дешифрирования был экспертно проверен, откорректирован и дополнен ручной разметкой в том числе на территориях, которые не были проанализированы алгоритмом. Так были получены маски зарослей гигантских борщевиков для двух крупных снимков за 2019 и 2024 годы, покрывающих территории площадью более 2,4 млн. га в Московской, Тверской, Владимирской и Ярославской областях. Всего таким образом было выявлено более 12 700 тысяч очагов произрастания гигантских борщевиков общей площадью 3757 га.
Также была выполнена ручная экспертная разметка зарослей борщевиков для отдельных территорий в Москве, Московской области, Санкт-Петербурге, Ленинградской, Владимирской областях, Республике Коми, Татарстане и Камчатке общей площадью более 910 тыс. га по снимкам за 2024 и 2025 гг. Всего методом экспертной разметки было выявлено более 20 500 тысяч очагов произрастания гигантских борщевиков общей площадью 6 325 га.
Полученные с помощью двух методов маски распространения гигантских борщевиков были пересечены с границами 217 ООПТ различного статуса. Из них заражёнными борщевиками оказалась 31 территория (14% от общего числа проанализированных ООПТ). В границах ООПТ выявлено 14700 тыс. очагов борщевика общей площадью 178 га. Самый большой очаг площадью 17 га детектирован в национальном парке «Завидово».
Для разработки системы контроля гигантских борщевиков на ООПТ необходимо анализировать его распространение не только в границах заповедных территорий, но вокруг них, для выявления зарослей борщевиков, с которых может идти заражение, и принятия превентивных мер. ООПТ, в границах и в буферных зонах которых шириною 1 км произрастают гигантские борщевики, оказалось 83 территории (37% от общего числа исследованных).
Данное исследование может лечь в основу системы мониторинга гигантских борщевиков на особо охраняемых природных территориях России.