Три технологии, которые спасут Байкал

Беспорядочная застройка, слив нечистот прямо в озеро и огромное количество мусора на берегах угрожают Байкалу статусом Всемирного наследия под угрозой. Его присваивает ЮНЕСКО с целью «мобилизации международной поддержки, чтобы содействовать эффективному решению проблем». Спецучреждение ООН по вопросам образования, науки и культуры должно было проинспектировать ситуацию на Байкале в феврале-марте 2022 года, но отозвало своего представителя, уже прибывшего в нашу страну, в конце февраля. Plus-one.ru разбирался, как самый большой в мире пресный резервуар могут спасти передовые технологии.

Байкал оцифровали, как библиотеку

В 2015 году сотрудники ФГБУ «Заповедное Прибайкалье» (управляет Байкало-Ленским заповедником, заказником «Красный Яр», Прибайкальским национальным парком и Тофаларским заказником) еще возились с бумажной документацией. Из-за этого было нереально понять, что происходит на территории размером с четыре Москвы. В частности, бумажные карты не позволяли инспектору точно установить, где находится тот или иной объект, нарушены ли границы заповедника или нет. Бюрократическая волокита сопровождала работу научного отдела. Ботаники и зоологи заполняли бумажные карточки встреч с животными. Потом приносили карточки в контору, подшивали к «гроссбуху» или вносили в базу на компьютере. Бумаги было, как в Ленинской библиотеке. Уход любого сотрудника был катастрофой, ведь он неизбежно приводил к потере данных.

Результаты научных работ, карточки погоды, зверей, выписанные штрафы, карты дорог, маршрутов инспекторов, населенных пунктов нередко искали в архивах нацпарка, в домах сотрудников, в библиотеках музеев. «Материалы собирались „с миру по нитке“ у коллег и институтов», — сообщила Plus-one.ru Светлана Бабина, заместитель директора по научной работе ФГБУ «Заповедное Прибайкалье». Чтобы решить проблему, нацпарки решили оцифровать: внести все имеющиеся сведения в единую информационную систему.

В 2017-м в госучреждении появился информационно-аналитический отдел. В 2023 году в распоряжении его сотрудников оказалось свыше 4,2 тыс. слоев с различными данными, возможностью доступа онлайн, с мобильными приложениями под нужды каждого отдела нацпарка.

«Сейчас мы работаем над созданием дашборда (панели индикаторов — инструмента для визуализации и анализа информации. — Прим. Plus-one.ru). Это будут карточки с наиболее востребованной информацией по видам животных и территориям, чтобы человек не рылся во всех базах данных. Территория у нас огромная: название какого-то мыса один инспектор указывает, а другой — нет, но на картах есть все», — поясняет начальник информационно-аналитического отдела Анастасия Бурмакина.

По ее словам, из множества событий, которые случились в байкальских нацпарках после создания их «цифрового зеркала», можно выделить три — «переселение бобров», «тайна озера Сухого» и «карта для ЮНЕСКО».

«Наши зоологи заметили, что бобры в нацпарке поменяли место жительства. Надо было понять, когда и откуда они ушли. У нас есть данные о проживании бобров с 1986 года, скоро мы получим онлайн-карту их переселения. Научный отдел напишет статью, к которой будет приложен код со ссылкой на карту, и проследить движение бобров сможет каждый», — рассказывает Анастасия Бурмакина.

Кроме того, цифровая система помогла развенчать байку о том, что озеро Сухое, которое расположено в 50 километрах от Иркутска рядом с селом Большое Голоустное, заполняется водой только в високосные годы. Судя по данным с 80-х годов XX века, у водоема нет выраженных циклов подъема и опускания воды.

Анастасия Бурмакина рассказала, что благодаря цифровизации по запросу Минприроды заповедное учреждение создало англоязычную карту, которую планируют передать специалистам ЮНЕСКО. Впрочем, в ведомстве нашему изданию уточнили, что пока информация не собрана и не отправлена.

Искусственный интеллект следит за эндемиками

История подключения искусственного интеллекта к изучению Байкала, как и в случае с картами, началась со сложностей в обработке информации. Мониторинг состояния озера ведется с 1945 года, причем, до последнего времени, старыми методами — взятие, анализ и контроль проб воды, сообщил Plus-one.ru директор Научно-исследовательского института биологии Иркутского государственного университета Максим Тимофеев.

С помощью проб ученые делают заключение о состоянии фитопланктона, то есть водорослей, и зоопланктона — мельчайших водных животных, включая ракообразных. Максим Тимофеев поясняет, что эти группы живых организмов — основа жизни на Земле: как они себя чувствуют — так и вся наша планета. В отношении Байкала можно сказать: «Если знаешь, как поживают водоросли и рачки, — знаешь, что происходит с озером».

Анализ тысяч проб требует тысяч часов работы за микроскопом. Сотрудники, которые этим заняты, получают бесценный опыт и вместе с тем — полную невозможность построить научную карьеру, говорит Тимофеев. Они умеют различать 400 форм водорослей, определять стадии их развития, возможно, даже настроение, но на это уходит бездна времени. В институте биологии осталось два таких специалиста преклонного возраста, заменить их некем: молодежь не хочет сидеть в обнимку с микроскопом до пенсии.

Чтобы работа не зашла в тупик, ученые решили позвать на помощь программистов и научить искусственный интеллект различать в пробах формы байкальской жизни. После нескольких неудачных попыток сотрудничества с небольшими компаниями сотрудники института обратились за поддержкой в «Яндекс». В результате ученые и программисты стали учить нейросеть работать с пробами на платформе «Яндекс.Облако».

Максим Тимофеев рассказывает, что сначала ее учили, как человека. Нейросети показывали пробы, очищенные от мусора — водорослей, соринок, других организмов. Однако искусственный интеллект растерялся. Через год после начала обучения выяснилось, что метод не подходит: нейросеть надо учить, наоборот, на «грязных» пробах воды.

Но главная проблема — гигантский объем данных. Если искусственный интеллект распознает лица в метро, то видит их всегда в одном ракурсе. Чтобы распознать рачка, его стадии развития, пол и наличие кладки, да еще когда у него может быть откушен ус, нейросети нужны огромные аналитические мощности, поясняет директор института биологии.

По его словам, с необходимостью невообразимых вычислительных мощностей столкнулась и команда IBM при разработке похожей системы для анализа океанских обитателей. С Байкалом дело может пойти лучше. Здесь меньше видов, а значит — проще обучить программу различать их. Нейросеть позволит обрабатывать в разы больше проб и установить сотни точек их забора.

«Таких точек можно сделать 200–300. Это кратно увеличивает эффективность. 20 студентов с помощью нейросети обработают за три месяца такой же объем проб, который проанализировали пять поколений ученых за 75 лет. Я рассчитываю, что мы увидим это на своем веку. Полученные данные можно масштабировать на неограниченное количество точек. Так мы получим глобальный инструмент, который позволит прогнозировать состояние экосистем», — говорит Тимофеев.

На основе уже обработанных проб ученые пишут работы о состоянии Байкала. Они также пойдут в отчет для ЮНЕСКО. Максим Тимофеев полагает, что после Байкала нейросеть можно будет использовать для исследования других водоемов мира.

Лазеры помогут избавиться от надписей «здесь был Вася»

Добравшись до Байкала, туристы стремятся не только запечатлеть его в своем сердце, но и оставить о себе память. Как результат — мысы, скалистые берега, гранитная облицовка Кругобайкальской железной дороги покрыты тысячами надписей путешественников.

«Оставить знак — словно бы дело чести. Люди ищут скалы, которые еще никто не изрисовал, карабкаются на них, таща с собой снаряжение и краску», — рассказал Plus-one.ru руководитель проекта «Лазер-скальная реставрация» НКО «Сила Байкала» Егор Власов.

Для него делом чести стало стереть все надписи со скал, окружающих Байкал. По словам экоактивиста, пока следы вандализма убирают дедовским способом, обрабатывая поверхность струей песка. Но это далеко не самая экологичная технология, потому что после ее применения остается облако песочной взвеси, которое покрывает пылью окрестности и прибрежную зону.

Егор Власов предложил использовать для таких работ компактный лазер. Вся технология умещается в ранец весом 15 кг. Под воздействием лазерного луча краска превращается в пыль и осыпается. Никаких гор песка, и можно добраться до любого участка.

По словам директора российской компании «Поккельс», разрабатывающей лазерное оборудование для очистки, Михаила Олегина, технология начала набирать популярность на промышленных предприятиях в последние годы. Инженерам удалось создать компактный, продолжительно работающий лазер, который можно использовать для восстановления природы в заповедниках.

«Единственное, что для этого нужно, — источник питания. Это может быть маленький генератор или электрический аккумулятор: потребление энергии составляет всего 200 Вт. У лазера нет расходных запчастей, чистящие средства и абразивные материалы не требуются, соответственно, на выходе получим меньше загрязнения. Наше оборудование прослужит 50 лет», — уверяет Михаил Олегин.

Стоимость простейшего оборудования для очистки начинается от 1,8 млн руб., но в дальнейшем никаких затрат покупатель нести не будет, говорит он. Лазерное излучение удаляет краску экологически чистым способом: воздействие оказывается лишь на загрязненный участок, тогда как при обработке струей песка страдают растения, мхи и лишайники, расположенные рядом с надписью.

Егор Власов рассчитывает найти деньги и приступить к очистке скал в 2023 году: сейчас он подает документы на государственный грант вместе с Андреем Сукневым, автором проекта по созданию туристических маршрутов на заповедных территориях «Большая Байкальская тропа».

«Вокруг озера действительно очень много старых надписей. Их сделали еще во времена, когда не было мобильных телефонов, а подтвердить, что ты тут был, многим очень хотелось. Теперь не надо ничего малевать, можно просто сделать селфи. Если убрать старое, будет чисто: новых рисунков вряд ли появится много. Культура меняется», — пояснил нашему изданию Андрей Сукнев.

Plus-one.ru направил запрос представительству ЮНЕСКО в России о том, когда его делегация планирует посетить Байкал и какие технологии, на взгляд специалистов учреждения, помогут спасти озеро. Однако нам не успели ответить к моменту выхода текста. Вполне возможно, что когда делегаты ЮНЕСКО окажутся на Байкале, никаких надписей на местных скалах уже не будет.

Подписывайтесь на наш канал в Telegram