Российские ученые разработали систему автоматического обнаружения мусора на поверхности северных морей. Проблема в Арктике стоит остро, так как течения приносят в этот район отходы из самых отдаленных частей Мирового океана. Для ее решения привлекли искусственный интеллект, который займется анализом изображений с камер, установленных на борту кораблей. В ходе испытаний российская разработка превзошла по точности лучшие иностранные аналоги в несколько раз. По словам экспертов, поиск мест загрязнения важен для проведения очистки, однако, чтобы переломить ситуацию, важно предотвратить попадание отходов в экосистему.
ИИ для поиска мусора
Специалисты Московского физико-технического института (МФТИ) и Института океанологии РАН на основе искусственного интеллекта создали систему, способную автоматически обнаруживать с борта корабля плавающий мусор и другие объекты на морской поверхности в условиях Арктики. Разработка анализирует данные с камер, установленных на судах. Испытания показали, что она в несколько раз превосходит по точности лучшие мировые аналоги. В основе изобретения лежат методы классификации изображений с контрастным обучением и прямого детектирования объектов. Они были протестированы на уникальном наборе данных, собранном во время научной экспедиции осенью 2023 года.
— Мы обработали более 500 тыс. фотографий морской поверхности, сделанных в Баренцевом и Карском морях. Особую сложность представляли условия съемки: качка судна, наличие морской пены и бликов от солнца, которые сильно затрудняют обнаружение мелких объектов на поверхности воды и небольшой глубине. Созданная система способна идентифицировать четыре типа объектов: морской мусор, птиц, блики на воде и капли на объективе камеры. Разработка особенно актуальна для Арктического региона, где загрязнение нерастворимым антропогенным мусором (промышленными, бытовыми и пластиковыми отходами) представляет растущую угрозу для экосистемы, — рассказал заведующий лабораторией машинного обучения в науках о Земле МФТИ Михаил Криницкий.
Загрязнение пластиком и другими типами мусора стало одной из главных угроз для экосистем всего Мирового океана. Хотя в самой Арктике источников мусора немного, но морские течения приносят сюда промышленный и бытовой мусор, в первую очередь пластик, из Европы, Азии и Америки. А при низких арктических температурах биологические и пластиковые отходы практически не разлагаются, пояснил «Известиям» доцент департамента экологической безопасности и менеджмента качества продукции Института экологии РУДН имени Патриса Лумумбы Владимир Пинаев.
— Низкие температуры способствуют быстрому распаду пластика на микропластик, который накапливается, проникает в живые организмы и выделяет токсины, становясь причиной нарушения репродуктивной функции и гибели животных. Арктическая экосистема довольно хрупкая в отношении воздействий загрязнителей, можно сказать, что у нее нет иммунитета к антропогенным воздействиям. Кроме того, микропластик, накапливаясь в толще льда, изменяет его альбедо (способность отражать свет), что ускоряет его таяние, усиливает эффект глобального потепления и изменений климата в целом. Так что мусор в Арктике — это одновременно индикатор проблемы отходов в мире и экологическая бомба замедленного действия, — подчеркнул эколог.
Карта загрязнений
В ходе экспериментов российская система обнаружения мусора показала класс точности измерений 0,4. Для сравнения, созданный в США популярный алгоритм YOLO обладает более низким классом точности — около 0,1.
— Низкая эффективность YOLO может быть связана с тем, что морской мусор часто представляет собой мелкие объекты, плохо видимые на фоне волн. Мусор — всё еще довольно редкое явление. Кроме того, наличие малого количества примеров, которые нужно детектировать, становится классической проблемой для моделей машинного обучения. Наш подход с предварительным выделением фрагментов изображения позволил лучше справиться с этой задачей, — сказала младший научный сотрудник лаборатории машинного обучения в науках о Земле МФТИ Ольга Белоусова.
Для оценки свойств системы важно проверить ее работоспособность «в поле» с учетом сложных арктических условий, отметила доцент департамента экологической безопасности и менеджмента качества продукции Института экологии РУДН имени Патриса Лумумбы Татьяна Ледащева.
— Обнаружение отходов и констатация факта их существования в акватории не избавляет автоматически от этих отходов. Необходимы сбор и утилизация, для чего нужны свои техника и технологии. Обнаруженные отходы необходимо удалять до того, как они затонули или вмерзли в лед и навредили животным, — сказала она.
Сбор мусора в Арктике необходим, но это «лечение симптомов». Причина болезни — плохое управление отходами «на местах», что приводит к попаданию мусора в моря. Важно минимизировать количество отходов, совершенствовать системы их разделения и утилизации, а также отказаться от неутилизируемой упаковки, подчеркнула эколог.
Разработка российских ученых представляет ценность, так как в северных морях важно отличать мусор ото льда, а также отходы, вмерзшие в лед. Однако технологию нужно применять на большом количестве кораблей, чтобы иметь комплексную картину загрязнения. Получение информации о расположении очагов мусора и формирование на ее основе карты отходов могут помочь в борьбе с их распространением. Но пока эта работа ведется только на суше, а очисткой морской поверхности никто системно не занимается, отметил координатор программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игорь Шкрадюк.