Российские учёные разработали ИИ-систему обнаружения мусора в арктических морях

Российские исследователи создали инновационную систему, использующую искусственный интеллект для автоматического выявления мусора на поверхности северных морей. Эта разработка призвана решить серьёзную проблему Арктики, куда попадают отходы со всего Мирового океана. Система анализирует изображения с корабельных камер, демонстрируя в ходе испытаний многократное превосходство в точности над зарубежными аналогами. Эксперты подчёркивают, что хотя обнаружение загрязнений критически важно для последующей очистки, ключевым шагом к оздоровлению арктической экосистемы является предотвращение попадания мусора. Об этом сообщают «Известия».

Учёные из МФТИ и Института океанологии РАН разработали инновационную систему на базе искусственного интеллекта для обнаружения морского мусора и других плавающих объектов в Арктике. Система, установленная на кораблях, анализирует видео с камер и демонстрирует значительно более высокую точность по сравнению с существующими мировыми решениями. Её эффективность подтверждена испытаниями, проведёнными с использованием уникальных данных, собранных в ходе экспедиции осенью 2023 года. В основе технологии лежат передовые методы классификации изображений и прямого детектирования объектов.

— Мы обработали более 500 тыс. фотографий морской поверхности, сделанных в Баренцевом и Карском морях. Особую сложность представляли условия съёмки: 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.

Пластиковое и прочее мусорное загрязнение представляет собой серьёзную угрозу для всех морских экосистем, включая Арктику. Несмотря на то, что в самой Арктике мало источников мусора, океанские течения доставляют сюда промышленные и бытовые отходы, особенно пластик, из Европы, Азии и Америки. Как отмечает Владимир Пинаев из РУДН, низкие арктические температуры препятствуют разложению как органических, так и пластиковых отходов.

— 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 хрупка в отношении воздействия 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.

Результаты экспериментальных исследований продемонстрировали, что российская система обнаружения мусора достигла показателя точности измерений в 0,4. Для сопоставления, широко используемый в США алгоритм YOLO демонстрирует более низкую точность, находящуюся в пределах 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 ещё 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.

Татьяна Ледащева, доцент департамента экологической безопасности и менеджмента качества продукции Института экологии РУДН имени Патриса Лумумбы, подчеркнула критическую необходимость проведения полевых испытаний для всесторонней оценки характеристик системы. Она особо выделила важность таких испытаний в условиях Крайнего Севера, где суровый арктический климат может существенно повлиять на функциональность и надёжность оборудования.

— 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 вмёрзли в лёд и навредили животным, — сказала она.

По словам эколога, уборка мусора в Арктике важна, но это как лечить насморк, не устраняя причину простуды. Настоящая проблема — это плохое обращение с мусором там, где он образуется, из-за чего он попадает в море. Поэтому, как отметила специалист, нужно меньше производить мусора, лучше его сортировать и перерабатывать, а также перестать использовать упаковку, которую нельзя переработать.

Российские учёные разработали ценную технологию, способную различать мусор и лёд (в том числе вмёрзшие отходы) в северных морях. Для получения полной картины загрязнения необходимо широко внедрить эту технологию на судах. Создание карт мусорных скоплений на основе полученных данных может стать важным инструментом в борьбе с распространением отходов. Однако, как отмечает Игорь Шкрадюк из Центра охраны дикой природы, пока эти усилия сосредоточены на суше, а системная очистка морской поверхности остаётся без внимания.

Ранее 78.ru сообщал, что учёные опровергли информацию о падающем на Землю 10-метровом астероиде.