Спутниковая Аналитика Для Мониторинга Окружающей Среды

23-28 апреля 2023 года научные сотрудники EOSDA Алена Кавац, Дмитрий Храмов и Екатерина Сергеева приняли участие в конференции Генеральной Ассамблеи Европейского союза наук о Земле (European Geosciences Union) и представили свои достижения в рамках проекта GoldenEye EU H2020. Команда обсудила геонауки в контексте космического мониторинга в докладе “Мониторинг действующих участков добычи полезных ископаемых с использованием временных рядов когерентности Sentinel-1”.

EOS Data Analytics участвует в трехлетней программе GoldenEye с мая 2020 года вместе с 17 организациями-партнерами из 5 стран Европы. Проект направлен на создание единого информационного пространства для комплексного мониторинга процессов открытой и подземной добычи полезных ископаемых. В долгосрочной перспективе проект предусматривает помощь во внедрении экологического мониторинга для обеспечения устойчивой разработки месторождений.

Мы поговорили с Аленой Кавац, научным сотрудником и координатором проекта GoldenEye в “EOS Ukraine”, дочерней компании EOSDA. Она рассказала о том, как продвигается проект, и поделилась ближайшими планами научной команды.

Трудно Ли Вам Было Получить Этот Проект, Учитывая Его Сложность?

Рамочное соглашение между Украиной и ЕС открывает возможности для участия украинских компаний в таких программах, как Horizon 2020. Проект GoldenEye возник в результате того, что Европейская комиссия предоставила возможность получения гранта H2020 участникам консорциума GoldenEye, включая нас.

Учитывая наш опыт в области защиты окружающей среды, мы смогли применить свои знания в сфере использования спутниковых снимков и аналитики данных для обеспечения экологического мониторинга.

Как Вы Оцениваете Вклад EOSDA В Проект GoldenEye На Сегодняшний День?

Одной из самых интересных и сложных задач проекта была необходимость повысить пространственное разрешение данных о температуре поверхности земли. Разрешение оригинальных спутниковых снимков Landsat-8 и Landsat-9 является недостаточным для точного мониторинга температуры, особенно на тех небольших участках полевых испытаний, которые нам предоставили. Чтобы добиться нужного разрешения, мы усовершенствовали алгоритм ElasticNet, уменьшив масштаб данных до 10 метров/пиксель.

Эта регрессионная модель стала отличной основой для создания подробных карт температуры поверхности, что позволило оценить последствия добычи полезных ископаемых для окружающей среды. Преимущество проекта GoldenEye в том, что у нас есть возможность доказать эффективность наших методов во время полевых выездов и сбора данных на действующих горнодобывающих объектах.

К слову, мы опубликовали научную статью ^{Kavats, O., Khramov, D., Sergieieva, K., & Vasyliev, V. (2020). Algorithm for statistical downscaling of the land surface temperature using ElasticNet. Review of the Bulgarian Geological Society, 81(3), 195-197.} о том, как улучшили ElasticNet для целей геопространственного анализа.

Помимо мониторинга температуры и влажности поверхности, мы также работали над обработкой спутниковых данных и рядом других инструментов искусственного интеллекта (ИИ). К примеру, нам удалось упростить дистанционную оценку устойчивости склонов, растительности прилегающих рекультивированных территорий и динамики изменения площади водной поверхности хвостохранилищ ^{Kavats, O., Khramov, D., Sergieieva, K., Surface Water Mapping from SAR Images Using Optimal Threshold Selection Method and Reference Water Mask, Water 2022, 14(24), 4030.}.

План Проекта Предусматривает 6 Полевых Испытаний Для Проверки Технологии. На Каком Этапе Проект Сейчас?

Сейчас мы внедряем результаты мониторинга окружающей среды в платформу. Мы уже разработали метод анализа спутниковых данных, который позволяет достичь поставленных целей мониторинга, и теперь нам нужно проверить полученные результаты в полевых испытаниях. Мы ожидаем, что в будущем платформа искусственного интеллекта, над которой мы работаем, будет функционировать на постоянной основе и станет доступной специалистам вне научного круга. Планируется предоставить возможность использования платформы крупным горнодобывающим и перерабатывающим предприятиям.

Приблизилась Ли EOS Data Analytics к Достижению Целей В Области Устойчивого Развития Благодаря Участию В Проекте GoldenEye?

Безусловно! Благодаря программе Horizon 2020 наши геологи и специалисты в области анализа данных получили возможность разработать и подтвердить эффективность своих методов в реальных условиях. Внедряя усовершенствованные алгоритмы обработки данных и прогнозирования, мы можем предоставить необходимую информацию, которая поможет решить такие актуальные проблемы, как оценка целостности действующих и уже закрытых хвостохранилищ, мониторинг утилизации отходов производства, управление оценкой экологических рисков, прогнозирование оползней и многое другое.

EOS Data Analytics стремится к достижению 17 долгосрочных целей в области устойчивого развития, сформулированных ООН. В частности, мы уже придерживаемся 10 из них. Участие в проекте H2020 GoldenEye позволило нам предложить практические решения для таких целей, как борьба с изменением климата, индустриализация, инновации и инфраструктура, а также ответственное потребление и производство. Платформа GoldenEye будет способствовать более эффективному управлению изменениями на горнодобывающих объектах, содействуя развитию устойчивой инфраструктуры, а также устойчивых моделей производства и потребления.

Горнодобывающая промышленность сопряжена с множеством опасностей, о которых важно знать при управлении рисками. Самопроизвольные взрывы, протечки плотин, обрушение стен карьера, загрязнение отходами горнодобывающей промышленности – лишь некоторые из них. Но есть и другие опасности, ущерб от которых виден не сразу. Бесконтрольная выработка в открытых и подземных карьерах может привести к изменению типа поверхности земли и тем самым нанести вред прилегающим экосистемам.

Спутниковые снимки и модели прогнозирования позволяют отслеживать временные и пространственные изменения в состоянии растительности вблизи мест добычи полезных ископаемых. Изучая спектральные индексы, анализирующие состояние растительности и голой почвы, мы можем отслеживать и оценивать состояние земли, что, в свою очередь, помогает принимать соответствующие меры по устойчивому и безопасному ведению горных работ.

Расскажите О Вашем Недавнем Визите На Горнодобывающий Объект В Румынии.

Все команды консорциума проекта GoldenEye съехались на Генеральную ассамблею в Румынии 10 октября 2022 года, чтобы обсудить последние достижения проекта и представить результаты. Встреча проходила в Техническом университете Клуж-Напоки. Нашу научную группу представляли координатор проекта GoldenEye Наталья Боротканыч и научный сотрудник Екатерина Сергеева.

Встреча проходила в два этапа. Первый день был посвящен обсуждению технологий спутникового и наземного мониторинга горнодобывающих территорий, предложенных и реализованных участниками проекта. Мы представили технологии выявления зон активной разработки месторождений с использованием временного ряда радарных данных, оценки устойчивости склонов и отвалов месторождений на основе цифровых моделей рельефа (Digital Surface Model, DSM), построения карт температуры и влажности поверхности, картирования поверхностных водных объектов (технология определения водных объектов также была более детально представлена на Международной конференции IEEE по геонаукам и дистанционному зондированию, IGARSS 2022).

Во второй день мы отправились на полевые испытания, которые проходили на крупнейшем в Румынии медном руднике Рошия Поени. Мы собрали данные съемки с БПЛА для построения ортомозаики RGB и DSM. Члены консорциума используют эти данные для выявления изменений на поверхности карьера, а также проверки и оценки точности предложенных технологий.

Как Технологии, Разработанные EOSDA, Будут Применяться После Закрытия Проекта?

Платформа GoldenEye на основе искусственного интеллекта будет в открытом доступе в виде программного продукта. Текущие полевые испытания продемонстрируют эффективность эксклюзивных для платформы алгоритмов ИИ. В то же время возможности мониторинга окружающей среды будут доступны на постоянной основе. Модели данных требуют обширных источников информации, поскольку их необходимо будет настраивать для каждой конкретной местности. К примеру, типичный бизнес-кейс выглядит следующим образом: предприятие по добыче редкоземельных металлов заказывает картографию и аналитику на платформе GoldenEye для двух своих месторождений. Конечно, потенциально возможности ИИ могут быть масштабированы для глобального охвата, но в ближайшем будущем их планируют предоставлять по запросу.

Одним из главных преимуществ платформы GoldenEye является то, что она помогает находить решения для внедрения более устойчивых методов добычи полезных ископаемых. Таким образом, анализ данных не только способствует повышению эффективности геологоразведки среди предприятий горнодобывающей промышленности, но и помогает снизить ее негативное воздействие на окружающую среду. Однако, мы не можем насильно навязать свои услуги и в одиночку внедрить практики мониторинга окружающей среды. Вместо этого мы предлагаем предприятиям горнодобывающей промышленности использовать платформу с пользой для себя и всей планеты.

Какие Возможности EOSDA Может Предложить Проектам, Подобным Horizon 2020, В Будущем?

Я расскажу о наших возможностях для нескольких отраслей. Так, в Европе компания может предложить экспертизу в области агроэкологического мониторинга, используя запатентованные алгоритмы, применяемые в наших SaaS-платформах EOSDA Crop Monitoring и EOSDA Forest Monitoring.

Функционал платформ опирается на данные спутниковых наблюдений, обработанные нашими моделями машинного обучения и дополненные аналитическими выводами, которые предоставляются в удобном и практичном веб-интерфейсе (также доступны мобильные приложения для скаутинга). Наши программные продукты и услуги упрощают соблюдение принципов рационального природопользования и устойчивого развития, содействуя обеспечению продовольственной безопасности. Наблюдения и аналитика, ориентированные на лесное хозяйство, могут помочь в сокращении масштабов обезлесения, отслеживании лесных пожаров и других показателей здоровья лесов.

Индивидуальные проекты нашей команды, такие как мониторинг участков добычи полезных ископаемых, могут распространяться на множество различных отраслей, которые потенциально могут извлечь выгоду из спутниковых снимков и аналитики данных.

К 2025 году мы сможем предоставлять данные высокого разрешения с нашей спутниковой группировки EOS SAT. На данный момент мы запустили первый спутник на низкую околоземную орбиту и планируем осуществить запуск остальных шести аппаратов в течение ближайших двух лет. У нас сильная команда, в которой более 60 ученых, включая 25 докторов наук, и мы открыты к рассмотрению возможностей сотрудничества.

EOS Data Analytics ставит перед собой амбициозные цели по усовершенствованию своих платформ спутниковой аналитики и уверена, что в дальнейшем поможет еще большему количеству организаций и частных лиц успешно противостоять изменением климата и достичь устойчивого развития в природоохранной деятельности.