Цифровой двойник для Каспия: как технологии помогают беречь природу

Одной из ключевых тем сессии стала проблема, которая касается жителей всех прикаспийских регионов, – изменение уровня Каспийского моря. Он меняется, а вместе с ним меняется жизнь побережья. Отступающая вода влияет на места обитания рыб и птиц, работу портов, судоходство, рыболовство и планы по развитию туризма. Понять, что происходит с Каспием сегодня и чего ждать завтра, помогает экологический мониторинг. Но одних наблюдений недостаточно: полученные сведения следует объединить, проверить и научиться использовать для прогнозов. Важным инструментом здесь может стать цифровой двойник моря. Как отметила модератор сессии, руководитель Центра IoT «Экология» Олеся Суханос, участникам предстояло обсудить как новые разработки, так и решения, которые уже применяются и могут быть полезны другим территориям. Своим опытом поделились представители органов власти Москвы и Московской области, ученые, а также представители телекома и компаний, работающих в сфере экомониторинга.

За состоянием природы невозможно уследить только силами людей: территории велики, а изменения происходят постоянно. Заместитель руководителя Департамента природопользования и охраны окружающей среды Москвы Михаил Ушаков рассказал, как в столице используют цифровые инструменты в экологическом контроле.
По его словам, Департамент развивает несколько направлений: применяет робототехнические комплексы, расширяет сеть датчиков и камер, использует искусственный интеллект для анализа собранной информации. Это позволяет быстрее замечать риски и обращать внимание специалистов на проблемные участки. В Москве, отметил спикер, используют и небольшие беспилотные аппараты для обследования водоемов, в том числе рек Новой Москвы. Такие устройства помогают изучать глубины и качество воды. А более крупные безэкипажные катера могут брать пробы и передавать изображение с камер. Полученные сведения позволяют, например, обратить внимание на мутность воды или возможные нефтяные пятна.

Еще одно направление – наблюдение за шумом. Датчики на строительных площадках собирают данные, а специалисты с помощью ИИ формируют карты шумовой нагрузки. При этом техника не заменяет человека, подчеркнул Ушаков. Результаты работы нейросетей необходимо перепроверять: ошибочный сигнал может привести к дополнительной работе для инспекторов. Именно специалист подтверждает, действительно ли обнаружена проблема.

О том, как искусственный интеллект помогает следить за особо охраняемыми природными территориями, говорила заместитель министра экологии и природопользования Московской области Екатерина Иванова. Так, в регионе установлено более 350 постов экологического мониторинга. Наряду с этим область развивает систему наблюдения за природными территориями на основе космических снимков и других данных дистанционного зондирования Земли. Проект реализован совместно со Сбером. Для обучения модели специалисты предоставили сведения о 28 территориях, расположенных ближе всего к МКАД: здесь, как предполагали авторы проекта, риск нарушений выше. Система анализирует снимки и указывает на возможные изменения, скажем, распашку земли или вырубку леса. Полученные данные отображаются на карте. Технология помогает определить, какие участки требуют внимания в первую очередь. Однако окончательные выводы, как и в случае с московскими разработками, остаются за людьми: инспекторам предстоит выехать на места и проверить результаты автоматического анализа.

При проверке точность классификации системы составила более 92%. Для наблюдений применяют и обычные космические снимки, и радарные данные, которые помогают получать информацию в условиях облачности. Решение можно будет использовать и в других субъектах.

Выше мы сказали о создании цифрового двойника Каспия. Речь идет о виртуальной модели, объединяющей сведения о море и помогающей исследователям просчитывать различные сценарии его изменений. Для такой работы нужны спутниковые снимки, результаты гидрометеорологических и океанографических наблюдений, данные датчиков и другие измерения. Чем полнее и надежнее информация, тем больше возможностей для построения и проверки прогнозов. Директор по управлению платформами МТС Web Services Александр Бородин заявил, что ученые давно исследуют водный баланс Каспия и обмениваются знаниями, однако этого недостаточно.

«Для того чтобы проблему мы решили и по крайней мере понимали, что с ней делать, требуется создать модель, платформу, которой все государства будут доверять и смогут обмениваться данными. Необходим охват большого количества данных и развитые модели прогнозирования», – сказал он.

Идею платформы развивают около полутора лет. Ее концепцию обсуждали с представителями органов власти и частных компаний. В перспективе работа потребует сотрудничества с научными институтами разных стран, сбора хранения и обработки больших объемов информации. Пока команда вместе с партнерами создала модель на основе спутниковых данных. Несколько источников снимков помогли сократить пробелы и повысить детализацию карты. Однако один источник не может дать полную картину, поэтому на следующем этапе разработчики планируют подключать и другие данные. Возможности модели проверяли и на задаче прогнозирования деградации земель и опустынивания в Дагестане. Для исследования, в частности, выбрали участок в Ногайском районе площадью около 650 квадратных километров. Спутниковые сведения, со слов спикера, могут пригодиться и для наблюдения за состоянием вод, ледовой обстановкой и просадками грунта.

Создание цифрового двойника – не задача одной компании или одного государства. В ходе обсуждения прозвучало предложение шире привлекать к работе ученых Российской академии наук и профильных институтов. Разработчики, в свою очередь, готовы предоставить инженерные инструменты и техническую площадку для исследований.

Представитель дагестанской науки, заместитель директора Института экологии и устойчивого развития ДГУ Абдулгамид Теймуров посвятил выступление изучению изменений береговой линии в районе Сулакской лагуны с помощью архивных и современных космических снимков. Итогом сессии должна стать подготовка предложений по экологической повестке. За каждым из обсуждавшихся решений стоит общая цель: вовремя замечать изменения природы и принимать меры до того, как последствия станут слишком серьезными. Для Каспия, объединяющего несколько стран и множество экосистем, особенно важно, чтобы эта работа велась сообща.