Google научила нейросеть находить утечки метана на снимках со станции МКС
Модель MAPL-EMIT от Google Research и NASA JPL находит на снимках прибора EMIT шлейфы метана и определяет, откуда они идут. Глобальную базу шлейфов и саму модель выложили в открытый доступ.
Google Research вместе с Лабораторией реактивного движения NASA (JPL) сделала модель, которая ищет выбросы метана на снимках из космоса. Она показывает, где идёт шлейф газа, сколько в нём метана и из какой точки он выходит. Работу опубликовали в журнале PNAS. Глобальную базу найденных шлейфов выложили в Earth Engine, обученную модель — на Kaggle, а библиотеку для её запуска — на GitHub.
Метан нагревает планету примерно в 30 раз сильнее углекислого газа, если считать на горизонте в 100 лет. При этом в атмосфере он держится недолго, поэтому сокращать его выбросы — самый быстрый способ сдержать потепление. Больше всего пользы дают утечки на нефтегазовых объектах, фермах и свалках. Но их надо сначала найти, а источник часто занимает лишь несколько десятков метров.
Снимки для модели берут с прибора EMIT на Международной космической станции. Вообще-то его сделали, чтобы картировать минералы в пустынях. Но он делит свет от каждой точки на сотни спектральных полос, и в них виден химический след метана. Проблема в том, что некоторые виды грунта дают похожий сигнал, а классический метод обработки выдаёт зашумлённую картинку.
Модель MAPL-EMIT построена на архитектуре Swin-S — это трансформер для компьютерного зрения. Она анализирует не отдельные пиксели, а сцену целиком, поэтому может отличить шлейф, который ветер вытягивает от источника, от пятна земли с похожим спектром. В промышленных районах она разделяет выбросы соседних объектов, даже если облака газа сливаются.
Реальных размеченных шлейфов для обучения слишком мало, поэтому авторы их смоделировали. Они вставили в настоящие снимки EMIT 3,6 млн синтетических шлейфов: физическая модель воспроизводила, как газ рассеивается в турбулентном воздухе. В проверке на эталонном наборе NASA модель нашла 84% шлейфов, которые отметили эксперты. Кроме того, примерно на 1 100 снимках она обнаружила примерно на 50% больше правдоподобных шлейфов. Выбросы нашлись над 24 из 25 крупнейших свалок-источников метана в мире.
Ложные срабатывания авторы признают открытой проблемой, особенно на сложном рельефе. Поэтому каждому шлейфу присвоили оценку достоверности и пометку «ниже» или «выше». По этим оценкам пользователь сам решает, что для него важнее: не пропустить утечки или не получить ложных находок. Автоматизация станет нужнее, когда NASA запустит следующее поколение спектрометров: по словам авторов, у них будет в 30–50 раз больше охват съёмки.