Совместными усилиями экспертов Московского физико-технического института (МФТИ) и Института океанологии РАН была создана перспективная интеллектуальная система для автоматического поиска морского мусора в Арктике. Аналитическая платформа, базирующаяся на передовых технологиях искусственного интеллекта, позволяет на борту кораблей в режиме реального времени отслеживать наличие плавающих отходов и других предметов на поверхности северных морей. Эта инновация открывает новые возможности для масштабного и оперативного мониторинга состояния окружающей среды Мирового океана.
Глобальная проблема, локальное решение
Загрязнение морей пластиком становится сегодня одной из важнейших угроз для хрупких морских экосистем. Особенно это касается Арктики — региона с уникальными природными условиями, где присутствие микропластика регулярно фиксируется как в донных отложениях, так и в организмах морских обитателей. Существующие методы слежения за крупногабаритным мусором, основанные на визуальных наблюдениях, требуют значительных человеческих ресурсов и не способны обеспечить необходимую площадь обследования в сложных погодных условиях Севера.
Новые подходы с опорой на искусственный интеллект
Исследовательская группа из МФТИ предложила инновационную платформу с двумя основными режимами работы: классификацией изображений на основе контрастного обучения и прямым обнаружением объектов. Для апробации технологий учёные использовали уникальную базу снимков, собранных в ходе экспедиции в арктических водах Баренцева и Карского морей осенью 2023 года. Система прошла испытания в условиях яркой солнечной инсоляции, морской пены, качки и сложных погодных явлений, характерных для северных широт.
В процессе анализа было обработано свыше 500 тысяч изображений, что позволило создать модель, способную различать морской мусор, водоплавающих птиц, отражения на воде и даже капли на линзе камеры. Такой многоуровневый подход обеспечивает высокую надёжность в распознавании загрязнений даже при минимальном контрасте между объектами и фоном.
Комментарий Михаила Криницкого: Арктика нуждается в новых технологиях
Заведующий лабораторией машинного обучения в науках о Земле МФТИ Михаил Криницкий отмечает, что именно уязвимость арктических экосистем требует внедрения современных технологий. По его словам, система особенно эффективна там, где количество антропогенного мусора, хоть и незначительно по сравнению с южными акваториями, но представляет серьёзную опасность для естественного баланса. Разработка МФТИ и Института океанологии РАН нацелена на обеспечение постоянного экологического контроля.
Продвинутые методы анализа изображений: уверенное преимущество ResNet50+MoCo и CatBoost
Сравнительный анализ методов показал: наилучший результат в детектировании морского мусора был достигнут с помощью комплекса ResNet50+MoCo и CatBoost, демонстрируя F1-метрику 0,4. Для сравнения, более распространённая архитектура YOLO показала скромные результаты (около 0,1) именно в отношении мусора, но, тем не менее, отлично сработала при обнаружении птиц, достигая точности 0,73.
Ольга Белоусова, младший научный сотрудник лаборатории машинного обучения в науках о Земле МФТИ, подчёркивает: «Морской мусор часто представляет собой маленькие и малозаметные объекты, скрывающиеся среди волн и солнечных бликов. Эти нюансы осложняют работу многих классических алгоритмов. Ключевым фактором успеха послужило использование фрагментарного анализа изображений, что позволило на раннем этапе фильтровать потенциально интересные области и не терять даже малочисленные случаи загрязнения».
Грядущие перемены: курс на автономные платформы и минимизацию человеческого фактора
Авторы проекта стремятся довести эффективность интеллектуальной платформы до максимума: совершенствуются алгоритмы, расширяется количество детектируемых типов мусора, готовится интеграция с морскими дронами и другими автономными системами мониторинга. Такие шаги позволят осуществлять непрерывное наблюдение даже в труднодоступных регионах Северного Ледовитого океана. Привлечение искусственного интеллекта в экологический надзор существенно сокращает потребность в больших научных командах и минимизирует человеческий фактор, гарантируя стабильную работу при любых погодных и географических условиях.
Роль Президентского фонда природы и перспективы проекта
Данный проект реализуется в рамках поддержки Президентского фонда природы (грант № ЭКО-25-2-003542), что свидетельствует о государственной значимости усилий по поддержанию экологического баланса арктических морей. Полученные результаты демонстрируют уверенное движение к достижениям, необходимым для сохранения уникальной флоры и фауны, а также к развитию прогрессивных технологий для глобального экологического мониторинга.
Развитие интеллектуальных систем МФТИ и Института океанологии РАН укрепляет позиции отечественной науки на мировой арене и формирует базу для более глубокого и всестороннего изучения динамики загрязнения Мирового океана. Усовершенствованный российский технологический продукт откроет новые горизонты для будущих экспедиций, комплексных исследований и широкомасштабного экологического контроля в интересах всего человечества.
Источник: scientificrussia.ru
