Как ИИ может предотвратить повторение разрушительных лесных пожаров в Австралии

Австралийские ученые приближаются к обнаружению лесных пожаров в рекордно короткие сроки благодаря кубическим спутникам со встроенным искусственным интеллектом, которые теперь могут обнаруживать пожары из космоса в 500 раз быстрее, чем традиционная наземная обработка изображений.

Исследователи дистанционного зондирования и компьютерных наук преодолели ограничения обработки и сжатия больших объемов гиперспектральных изображений на борту более мелких и более экономичных спутников-кубов перед отправкой их на Землю для анализа, экономя драгоценное время и энергию.

Прорыв, связанный с использованием искусственного интеллекта, означает, что лесные пожары будут обнаруживаться из космоса раньше, даже до того, как они охватят территорию и выделят большое количество тепла, что позволит наземным командам реагировать быстрее и предотвращать гибель людей и имущества.

В проекте, возглавляемом Университетом Южной Австралии (UniSA), использовались передовые бортовые технологии искусственного интеллекта для разработки энергоэффективной системы раннего обнаружения дыма при пожаре для первого кубического спутника Южной Австралии «Каньини».

Подробности своего эксперимента исследователи опубликовали в последнем выпуске журнала. Журнал IEEE по избранным темам прикладных наблюдений Земли и дистанционного зондирования.

Миссия Каньини представляет собой сотрудничество правительства ЮАР, SmartSat CRC и отраслевых партнеров по запуску спутника CubeSat размером 6 U на низкую околоземную орбиту для обнаружения лесных пожаров, а также для мониторинга качества воды во внутренних и прибрежных районах.

Спутниковый датчик, оснащенный гиперспектральным устройством формирования изображений, улавливает отраженный от Земли свет на разных длинах волн для создания подробных карт поверхности для различных приложений, включая мониторинг лесных пожаров, оценку качества воды и управление земельными ресурсами.

Ведущий исследователь геопространственных исследований UniSA д-р Стефан Петерс говорит, что традиционно спутники наблюдения Земли не имели встроенных возможностей обработки для анализа сложных изображений Земли, полученных из космоса в режиме реального времени.

Его команда, в которую входят ученые из UniSA, Технологического университета Суинберна и геолого-геофизических исследований Австралии, преодолела эту проблему, создав легкую модель искусственного интеллекта, которая может обнаруживать дым в рамках имеющихся на борту ограничений по обработке, энергопотреблению и хранению данных кубических спутников.

По сравнению с наземной обработкой гиперспектральных спутниковых изображений для обнаружения пожаров бортовая модель искусственного интеллекта сократила объем передаваемых по нисходящей линии данных до 16 % от исходного размера, потребляя при этом на 69 % меньше энергии.

Бортовая модель искусственного интеллекта также обнаружила дым от пожара в 500 раз быстрее, чем традиционная наземная обработка данных.

«Обычно первое, что вы можете увидеть из космоса, — это дым, прежде чем огонь станет достаточно горячим и достаточно большим, чтобы датчики могли его идентифицировать, поэтому раннее обнаружение имеет решающее значение», — говорит доктор Питерс.

Чтобы продемонстрировать модель искусственного интеллекта, они использовали смоделированные спутниковые снимки недавних лесных пожаров в Австралии, используя машинное обучение для обучения модели обнаружению дыма на изображении.

«Для большинства сенсорных систем только часть собранных данных содержит важную информацию, связанную с целью миссии. Поскольку данные не могут быть обработаны на борту больших спутников, все они передаются на землю, где они анализируются». отнимает много места и энергии. Мы преодолели эту проблему, научив модель отличать дым от облаков, что делает ее намного быстрее и эффективнее».

Используя в качестве примера прошлый пожар на Коронге, смоделированному бортовому искусственному интеллекту Каньини потребовалось менее 14 минут, чтобы обнаружить дым и отправить данные на наземную станцию ​​Южного полюса.

«Это исследование показывает, что бортовой ИИ имеет значительные преимущества по сравнению с традиционной наземной обработкой», — говорит доктор Питерс. «Это не только окажется неоценимым в случае лесных пожаров, но и послужит системой раннего предупреждения о других стихийных бедствиях».

Исследовательская группа надеется продемонстрировать бортовую систему обнаружения пожара с использованием искусственного интеллекта на орбите в 2025 году, когда миссия Каньини заработает.

«Как только мы решим все проблемы, мы надеемся коммерциализировать эту технологию и использовать ее в группировке CubeSat, стремясь способствовать раннему обнаружению пожара в течение часа».