Ученые разработали и успешно протестировали автоматический метод анализа макроскопических частиц угля в озерных и болотных отложениях. Подход, основанный на обработке цифровых изображений, позволит существенно сократить время и трудозатраты при реконструкции пожарных режимов прошлого.
«В нашей работе мы опирались на алгоритмы, которые были известны ранее, но никогда не использовались конкретно под наши задачи, – говорит один из авторов метода, аспирант Института географии РАН Антон Шатунов. – Традиционный метод требует абсолютного подсчета всех угольных частиц. Это довольно трудоемкий процесс, если угольков в образце несколько сотен или тысяч. Подсчет по изображению позволяет тратить около полутора минут на фотографирование образца независимо от количества макроуглей. Это автоматизирует процесс и дает дополнительные возможности для палеоэкологических исследований».
Предложенный учеными метод легко воспроизводим, не требователен к технике, значительно ускоряет анализ, позволяет получить дополнительную информацию на основе изучения геометрических характеристик и площади частиц.
Сравнение результатов ручного подсчета и автоматического анализа показало высокую точность разработанного метода для целей палеогеографических реконструкций:
- коэффициент корреляции Спирмена R=0,85;
- R2=0,71;
- MAPE (средняя абсолютная ошибка, выраженная в процентах) = 31,58% – при подсчете количества частиц;
- R=0,99, R2=0,98, MAPE = 21,45% – при определении площади частиц.
Возможности метода были продемонстрированы на примере изучения отложений болота Побочного (национальный парк «Бузулукский бор», Оренбургская область). В ходе работы проанализированы 1000 образцов для 10 м отложений, накопившихся в течение 11,4 тыс. лет, обработано 6000 изображений.
Результаты анализа позволили ученым определить скорость аккумуляции частиц угля, выявить пожарные эпизоды, рассчитать межпожарный интервал, классифицировать частицы угля по морфотипам (травяной и древесный), оценить размеры угольных частиц, поступающих во время пожарных эпизодов. Все это дало ценную дополнительную палеоэкологическую информацию о пожарах в голоцене.
«Раньше реконструкция пожарных режимов требовала больших временных затрат, исследователи вручную перебирали сотни образцов, – говорит Антон Шатунов. – Наш метод несколько меняет ситуацию: обработка данных идет в разы быстрее, а результаты остаются достаточно точными для серьезных научных выводов. Более того, мы получаем не просто цифры по количеству частиц, а целый набор дополнительных параметров – их форму, размер, морфотип. Это открывает широкие возможности для понимания того, как менялись экосистемы и климат на протяжении тысячелетий».
Статья с описанием метода и результатами исследования опубликована в научном журнале «Геоморфология и палеогеография».
