Код активного Солнца
Сможет ли искусственный интеллект предупреждать нас о природных и космических катастрофах
Рекордные наводнения в Оренбургской области и в других регионах страны в апреле. Череда мощных магнитных бурь по всей Земле в мае и северные сияния даже в южных широтах России. Впереди лето, а вместе с ним и ожидания новых лесных пожаров. Но где точно произойдет стихийное бедствие и когда? Все чаще для поиска ответов на эти вопросы привлекают нейросети. Насколько успешен этот опыт?
Сезонные наводнения
Каждую весну Россия сталкивается с серьезными наводнениями, но 2024 год в этом смысле оказался особенно сложным. Помимо огромных потерь для жителей пострадавших территорий, эксперты природоохранного проекта «Земля касается каждого» отмечают еще один аспект — наводнения способны сильно изменять среду обитания растений и животных, влиять на взаимодействие живых организмов друг с другом, нарушать их массовые сезонные миграции.
Проблема в том, рассказывают «РБК Трендам» эксперты, что на протяжении большей части истории точное масштабное прогнозирование наводнений было невозможно из-за нехватки ресурсов и данных. Учитывая, что лишь небольшой процент рек мира оснащен датчиками расхода воды, это создает сложности для обеспечения безопасности людей и животного мира.
Однако в марте 2024 года Google сообщила, что начала использовать искусственный интеллект, чтобы улучшить прогнозирование наводнений и помочь тем частям мира, которые больше всего страдают от изменения климата. В статье, опубликованной в журнале Nature, специалисты рассказали, что ИИ помогает строить более точные прогнозы о речных наводнениях на семь дней вперед. Это позволяет обеспечить прогнозы в 80 странах мира — в районах проживания 460 млн человек.
«Поскольку последствия изменения климата становятся все более серьезными, наводнения часто случаются в неожиданных местах. Наша цель — продолжать использовать исследовательские возможности и технологии для увеличения охвата территорий, а также прогнозирования других типов стихийных бедствий, связанных с наводнениями <...>. Мы также изучаем, как использовать ИИ для решения проблем адаптации к изменению климата и в более широком плане вопросов климата и устойчивого развития», — пишут эксперты в Nature.
Аналогичные наработки есть и в России. Еще в 2021 году ученые из университета ИТМО при помощи искусственного интеллекта разработали технологию предсказания уровня воды на реке Лена в весенний период. Нейросеть дает прогноз для нескольких гидрологических постов на семь дней вперед, опираясь на данные об уровне воды, температуре воздуха, а также на характеристики снежного покрова и осадков. Кроме того, исследователи учитывают метеопараметры, которые определяют питание реки в период половодья: для этого берется объем осадков за предыдущие 20 дней и создается прогноз подъема уровня воды. Сообщалось, что эта технология может быть использована в работе МЧС России.
Лесные пожары
Другая беда — лесные пожары. Уже сегодня эксперты говорят, что от пожароопасного сезона 2024 года не стоит ждать ничего хорошего: леса снова будут гореть. При этом одна из проблем нашей необъятной страны — невозможность достаточно точно оценить, что и в каком количестве сгорает. И здесь на помощь приходят нейросети.
Проект «Земля касается каждого» представил экспериментальную карту ландшафтных пожаров Восточной Европы. Благодаря космическим снимкам спутников Европейского космического агентства Sentinel-2 обученная нейросеть определяет и наносит на карту точные границы территорий, затронутых пожарами. Достигнуть такой высокой точности в учете пожаров на большой территории (почти 19 млн кв. км) пока не позволяла ни одна из систем в мире. В течение 2020 года около 400 волонтеров вручную «отрисовывали», то есть картрировали ландшафтные пожары в России. Эта работа стала основой для обучения нейросети — сегодня карта делает все сама.
Каждый участок Земли снимается примерно два раза в пять дней, но интервалы между доступными (безоблачными) снимками могут составлять недели. Поэтому карта предназначена не для оперативного мониторинга, а для получения аналитической информации, чтобы оценить закономерности развития пожаров, их масштабы и последствия.
Еще одна особенность карты — возможность не выезжая на место получить предварительную информацию о типах земель и растительности, пройденных огнем. Нейросеть анализирует, что именно сгорело — трава, кустарники, деревья, мхи или растительность на водно-болотных угодьях, зашел ли пожар на особо охраняемую природную территорию и какова его площадь. Это особенно актуально, поскольку, как предупреждают экологи, власти могут значительно занижать площадь природных пожаров.
Эксперты говорят, что карта поможет проанализировать реальную ситуацию с ландшафтными пожарами в России, реформировать систему охраны лесов и других природных территорий и в итоге радикально снизить масштабы распространения огня. От честности учета пожаров и их последствий зависит, насколько своевременно будут выделены силы и средства для борьбы с ними.
Стоит отметить, что некоторые регионы сами ищут возможности для быстрого обнаружения пожаров, в том числе с помощью ИИ. К примеру, в Кировской области уже несколько лет используются наблюдательные посты, оснащенные камерами кругового обзора с телеобъективами и матрицами с высоким разрешением. Каждая камера может контролировать территорию радиусом в 20 км, то есть площадью более 1250 кв. км.
Задача ИИ — выявить фотофайлы с признаками задымления, рассчитать примерные координаты и отправить материалы в оперативный штаб. Василий Глушков, замминистра лесного хозяйства области, признался журналистам, что сначала система «реагировала чуть ли не на каждое облако». Но со временем она обучается, и ложных сигналов становится меньше.
Искусственный интеллект может серьезно помочь улучшить пожарную ситуацию в лесах. Однако, напоминают эксперты, предотвратить пожар, то есть сделать так, чтобы не было необходимости его тушить, может только человек. 9 из 10 пожаров происходят из-за неосторожного обращения с огнем: намеренных палов травы, плохо потушенных костров и брошенных сигарет, неисправных машин и пиротехники.
Извержения вулканов
В 2023 году было зафиксировано 72 извержения 69 вулканов по всему миру. Среди них — вулканы Марапи и Демпо в Индонезии, Кикаи и Иото в Японии, Майон на Филиппинах, Сан-Кристобаль в Никарагуа, Сундхнукур в Исландии, Шишалдин в США, а также Шивелуч, Чикурачки и Ключевский в России.
Нам не удалось найти сведений о существовании моделей ИИ, которые бы надежно предсказывали извержения вулканов. Однако уже работают проекты, которые следят за вулканической активностью в реальном времени и анализируют ее с помощью нейросетей. К примеру, в 2019 году группа исследователей во главе с известным вулканологом Себастьеном Валаде разработала платформу мониторинга вулканической активности MOUNTS. Она собирает спутниковые снимки вулканов, а ИИ помогает обрабатывать данные. Платформа представляет собой сайт с интерактивной картой, на которой можно выбрать вулкан и посмотреть данные о его активности: объем выбросов оксида серы, температурные аномалии, изменения рельефа и т. д.
Другой проект — Центр наблюдения и моделирования землетрясений, вулканов и тектоники (COMET). Группа исследователей изучает землетрясения и вулканы с помощью данных спутников, наземных наблюдений и геофизических моделей. На портале есть данные по 95 вулканам. По каждому из них представлены графики временных рядов смещения (показана динамика тектонических движений) и карты вероятностей изменения формы вулканов и окружающей их земли, сформированные методами машинного обучения.
Если извержение вулкана несильное и количество выброшенного пепла небольшое, то обычные облака могут заслонять облака вулканического пепла. В таком случае зафиксировать извержение со спутниковых снимков может быть сложно. Это опасно для самолетов. В их турбины может попасть пепел, состоящий из фрагментов горных пород, минеральных кристаллов и вулканического стекла.
Японская компания Weathernews в 2021 году запустила систему, которая в реальном времени анализирует изображения спутниковых снимков и распознает в просветах облаков вулканический пепел по его форме и текстуре. Система помогает компании информировать клиентов об извержении вулканов, скорости и направлении распространении пепла. Особенно в этом заинтересованы авиакомпании Японии и стран Юго-Восточной Азии, где много действующих вулканов.
В 2024 году облачная платформа Yandex Cloud, «Яндекс Погода» совместно со Школой анализа данных (ШАД) «Яндекса» также разработала сервис для прогнозирования распространения вулканического пепла. Он поможет спасательным и городским службам быстрее оповещать население и авиакомпании о распространении пепла. Сейчас сервис уже работает на Камчатке. Пользователь может выбрать вулкан и следить за передвижением облака пепла. Сервис отобразит его границы на разных высотах в разные моменты времени. Его также можно адаптировать для прогноза распространения выбросов пепла в любой точке мира.
Геомагнитные бури
Если природные катаклизмы наносят урон лишь жителям отдельных регионов, то геомагнитные бури — угроза глобального масштаба. Речь идет о сильных возмущениях магнитного поля Земли, вызванных мощными вспышками на Солнце. Подобные бури могут нарушать работу космических аппаратов и выводить из строя электроустройства на Земле, оказывать влияние на самочувствие и здоровье людей.
Высказывается мнение, что при достаточно сильной буре планета на несколько месяцев может погрузиться в каменный век. Так, на конференции по коммуникациям в августе 2021 года Сангита Абду Джоти представила доклад под названием «Геомагнитные бури: готовимся к интернет-апокалипсису». Исследовательница из Калифорнийского университета обнаружила, что при интенсивных вспышках на Солнце геомагнитные бури способны разрушить подводные кабели, которые соединяют континенты и страны. Прекращение их работы отключит планету от интернета. «Наша инфраструктура не готова к крупным вспышкам на Солнце», — предупредила ученая.
Gizmodo, популярный сайт о науке и технологиях, полагает, что общие мировые потери могут достичь $10 трлн, а восстановление займет много лет, если на Землю обрушится геомагнитная буря, подобная той, что потрясла планету 1 сентября 1859 года.
Сегодня риск геомагнитных бурь и их разрушительного воздействия возрастает по мере того, как мы приближаемся к следующему «солнечному максимуму» — пику 11-летнего цикла активности Солнца, который, как предполагает НАСА, наступит в 2025 году.
Магнитную бурю нельзя предотвратить, однако можно принять защитные меры — установить устройства, защищающие уязвимое оборудование, и разработать стратегии по регулированию нагрузки сети. Главное — знать, в какой момент задействовать эти меры.
Свое решение этой задачи предложила в 2023 году международная группа исследователей из Frontier Development Lab (куда входят НАСА, геологическая служба и Министерство энергетики США). Группа разработала компьютерную модель под названием DAGGER («Глубокое обучение геомагнитных возмущений»), которая на основе спутниковых данных и при помощи ИИ может быстро и точно предсказывать геомагнитные возмущения по всему миру за 30 минут до их возникновения. По словам разработчиков, модель может давать прогнозы менее чем за секунду, и прогнозы обновляются каждую минуту.
«Благодаря ИИ теперь можно делать быстрые и точные глобальные прогнозы и принимать обоснованные решения в случае солнечной бури, тем самым сводя к минимуму — или даже предотвращая — разрушения для современного общества», — оценивает эффект от DAGGER журнал Space Weather.
Кроме того, у модели открытый исходный код, поэтому данные от DAGGER могут быть использованы частными и госкомпаниями. Такие предупреждения могут дать им время принять меры по защите своих активов и инфраструктуры от надвигающейся солнечной бури — например, временно отключить чувствительные системы или переместить спутники на другие орбиты.
Участники проекта «Земля касается каждого» Владимир Чупров, эксперт по климату и энергетике, Алексей Ярошенко, кандидат биологических наук и эксперт по лесам, Алексей Киселев, эксперт по химическому загрязнению природных сред, Михаил Крейндлин, эксперт по особо охраняемым природным территориям.
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl