Дайджест по разработкам искусственного интеллекта в экологии

№5, 29 декабря, 2021 г. ДАЙДЖЕСТ по разработкам искусственного интеллекта в экологии Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.

\"В целях устойчивого развития мы должны глубоко освоить цифровые знания и информационные технологии, это даст нам возможность идти по самому короткому пути к достижению всестороннего прогресса. В современном мире цифровые технологии играют решающую роль во всех сферах\" Президент Республики Узбекистан Ш.М. Мирзиёев \"Дайджест по разработкам искусственного интеллекта в экологии\" - Т.: 2021. С.13. \"Дайджест по разработкам искусственного интеллекта в экологии\" подготовлен Научно-техническим центром при Министерстве Инновационного развития Республики Узбекистан. Коллектив авторов: Технический редактор: Абдурахмoнов И.Ю. Райимджанов Х.Г. Турдикулова Ш.У. Абдувалиев А.А. Мусаева Р.А. Барбу Г.Ф. © Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан, 2021 г. 2

Искусственный интеллект в экологии Технологии искусственного интеллекта (ИИ) также обладают огромным потенциалом для решения экологических проблем нашего времени: например, с помощью ИИ можно определить, какие породы деревьев следует высаживать, чтобы адаптировать лесную территорию к изменению климата. Грузовые перевозки можно контролировать более эффективно и, следовательно, более бережно для климата с помощью процессов на основе искусственного интеллекта. ИИ также может управлять энергетическим переходом: технические источники ошибок в солнечных и ветровых электростанциях можно выявить и исправить раньше [1]. Область применения ИИ для защиты окружающей среды и климата разнообразна. При этом их использование всегда связано с большим потреблением электроэнергии и ресурсов, например, в центрах обработки данных. Поэтому важно следить за рисками и негативными прямыми и косвенными воздействиями на окружающую среду и сводить их к минимуму. Тогда ИИ может стать реальной движущей силой для защиты окружающей среды и климата. 3

Программы по сохранению окружающей среды путем применения искусственного интеллекта На сегодняшний день страны, стремящиеся к зеленой энергетике и снижению негативных последствий для экологии разрабатывают и приводят в действие программы по применению ИИ в экологии. В качестве примера можно привести одну из программ, функционирующую в Германии - Программа из пяти пунктов \"Искусственный интеллект для окружающей среды и климата\". устойчивого проектирования ИИ и использования его возможностей для климата и окружающей среды. В рамках стратегии Федерального правительства Германии в области ИИ инвестировано 150 млн. евро в пять мер ИИ для защиты окружающей среды и климата в течение следующих нескольких лет [2]. 4

Программа из пяти пунктов \"Искусственный интеллект для окружающей среды и климата\" Программа из пяти пунктов \"Искусственный интеллект для окружающей среды и климата\" Пункт 1 ИИ для перехода к \"зеленой ИИ подает электроэнергию из возобновляемых энергии\" и защиты климата. источников энергии в энергетическую сеть по мере необходимости или направляет потоки трафика более эффективно и, следовательно, более благоприятно для климата. Пункт 2 ИИ для экономии ресурсов. За каждым приложением ИИ стоит физическая инфраструктура, состоящая из оборудования, центров обработки данных и сетей передачи данных, что оставляет экологический след. Поэтому разрабатываются процессы ИИ с наименьшим объемом вычислений, ИИ применяется для снижения высокого энергопотребления центров обработки данных. Таким образом, возможна энергоэффективная и ресурсосберегающая цифровизация. Пункт 3 ИИ для повышения ИИ помогает малым и средним предприятиям эффективности использования повысить эффективность использования ресурсов ресурсов. и сократить расходы. Пункт 4 ИИ для всех - ориентированный Создание платформы для социальных инноваций, на общее благо и экологически идей и семинаров. Платформа предлагает чистый. пространство для обмена и взаимодействия, семинары по идеям ИИ - это место применения, обучения, встреч и экспериментов с ИИ. Пункт 5 ИИ для понимания окружающей ИИ помогает собирать и оценивать больше данных среды. для наблюдения за окружающей средой. С этими данными можно лучше понять влияние человека на природу и окружающую среду. В то же время ИИ создает основу для целенаправленных действий в области экологической политики. 5

Разработки, основанные на искусственном интеллекте При поддержке компании Microsoft Колумбийский университет (The Columbia University; США) изучает последствия Урагана \"Мария\" (The Hurricane Maria; 2017 г.), и, в частности, исследует особенности его воздействия на процессы распространения некоторых видов деревьев в экосистеме. Получив необходимые сведения, специалисты смогут разработать эффективный план сохранения видов, находящихся под угрозой уничтожения [3]. Национальная лаборатория-акселератор Стэнфордского университета (The Stanford University’s National Accelerator Laboratory) выявляет потенциальные нарушения и своевременно усиливает и/или восстанавливает энергетические сети. Действующая система анализирует результаты спутниковой фотосъемки и контролирует состояние возобновляемых источников и накопителей энергии. Для мониторинга транспортного потока и управления режимами переключения светофоров Муниципальная транспортная система г. Питтсбурга (США) использует камеры и дистанционные датчики. Система эффективно регулирует дорожное движение и снижает выбросы парниковых газов. Согласно отчету платформы CB Insights, возможностями ИИ сегодня пользуются 86% провайдеров медицинских услуг, а к 2020 году организации сферы здравоохранения вложат в подобные проекты около 54 млн долларов. Это будут не только услуги \"виртуальных сиделок\" (virtual nurses) или цифровых консультантов (digital consultants), но также более сложные инициативы, связанные с разработкой новых препаратов, необходимых для борьбы с эпидемиями и \"заболеваниями века\". 6

Разработки, основанные на искусственном интеллекте Текущие результаты исследований показывают, что более 2/3 пластиковых отходов в океане переносятся всего 20 реками, большинство из которых находятся в Азии. В рамках проекта \"Closing the Loop\", финансируемого Всемирным банком, ИИ использует данные мультиспектральных изображений с полетов дронов из Камбоджи, Филиппин и Мьянмы, чтобы применить двухэтапный подход искусственных нейронных сетей для определения количества отходов и их состава [4]. Первое актуально для эффективного удаления отходов, а подробная информация об отдельных компонентах отходов (стаканчики, упаковка для пищевых продуктов, транспортные контейнеры) может помочь местным властям определить источники пластиковых отходов и принять меры противодействия. \"Closing the Loop\" - это название соответствующей инициативы Организации Объединенных Наций, которая с помощью технологических инноваций направлена на то, чтобы позволить государствам АСЕАН в Юго-Восточной Азии решить проблему засорения рек, побережий и морей. \"Closing the Loop\" - это название соответствующей инициативы Организации Объединенных Наций, которая с помощью технологических инноваций направлена на то, чтобы позволить государствам АСЕАН в Юго-Восточной Азии решить проблему засорения рек, побережий и морей. Проект ReCircE, финансируемый Федеральным министерством окружающей среды в рамках текущей программы AI Lighthouse, направлен на улучшение переработки пластмасс с использованием ИИ и цифрового паспорта продукта. 7

Разработки, основанные на искусственном интеллекте Алгоритмы машинного обучения должны помогать сортировать отходы как можно точнее. Целью консорциума компаний и научно-исследовательских институтов, в том числе исследовательской области DFKI \"Инновационные производственные системы\" (возглавляемой профессором, доктором технических наук Мартином Русковски), является улучшение вторичного использования продуктов с большим разнообразием материалов. Швейцарский проект Бена Боулера ориентирован на анализ данных об энергопотреблении и паттернов потребительского спроса на основе определённого алгоритма ИИ [5]. В рамках этого проекта производится сбор данных с так называемых \"умных счётчиков\", которые сейчас устанавливают по всей Швейцарии взамен устаревших стандартных моделей. По данным Швейцарского федерального ведомства энергетики (Bundesamt für Energie), к 2027 году оснащены такими \"умными\" устройствами будут примерно 80% домохозяйств Швейцарии. Эти счётчики отслеживают расход электричества каждые 15 минут, и, таким образом, энергокомпании смогут узнавать, на какие часы приходится пиковое потребление. \"Мы анализируем уже имеющиеся данные по энергопотреблению и пытаемся предсказать, что люди будут делать в этом смысле завтра. Эти данные можно использовать, чтобы спрогнозировать, возникнут ли проблемы\", — говорит Б. Боулер. Более глубокое и системное понимание особенностей потребительского поведения — это один из элементов этого уравнения. Другой — разработка методов, призванных обеспечить подачу достаточного количества энергии как раз именно в пиковые периоды. Таким образом, алгоритмы ИИ помогают не допустить возникновения критической ситуации с энергосбережением и способствуют его экономии. 8

Разработки, основанные на искусственном интеллекте Аналогичный проект поддерживается Федеральным министерством окружающей среды Германии в рамках второго этапа программы \"Маяки в области ИИ в интересах охраны окружающей среды, природы, ресурсов и защиты климата\". С акцентом на инновации в области ИИ для защиты климата речь идет о возможности сокращения выбросов парниковых газов при помощи технологий ИИ [6]. С точки зрения защиты климата жилищный фонд – \"спящий гигант\". Использование ИИ позволяет сократить уровень потребления энергии в зданиях. Разумные системы контроля и управления обеспечивают использование тепла и электричества лишь в случае реальной потребности в них. Для решения этой задачи могут привлекаться источники возобновляемой энергии и энергосберегающие технологии хранения и накопления. Это улучшит энергетический баланс и жилищный комфорт, а вдобавок позволит сэкономить средства. Онлайн-платформа Global Forest Watch использует данные со спутников для отслеживания незаконной вырубки лесов. Цифровая геопространственная платформа и технологии виртуального моделирования позволят контролировать и управлять экологическими системами планеты в масштабе и скорости, которые ранее были для нас недоступны. Новые возможности обработки данных позволят властям и даже общественности следить за ресурсами Земли в режиме реального времени [7,8]. Информация, предоставляемая спутниками и беспилотными подводными судами, конечно, помогает определять незаконное обращение с природными ресурсами. Однако ИИ может анализировать эти данные и делать их полезными. 9

Разработки, основанные на искусственном интеллекте Руководствуясь концепцией \"избавить мир от бедствий\", компании Huawei и Enbo предложили совместное решение по интеллектуальному предупреждению лесных пожаров, надеясь тем самым внести свой небольшой вклад в дело защиты природы [9]. В отличие от других систем профилактики и контроля в предотвращении лесных пожаров с помощью ИИ главной идеей является их заблаговременное прогнозирование, осуществляемое в режиме реального времени. Проверка наличия низовых пожаров в основном производится путем распознавания дыма. Чем раньше дым будет обнаружен, тем легче будет пожар погасить, а в некоторых случаях — даже добиться заблаговременного предотвращения его возникновения. В связи с этой особенностью компании предложили свое решение. Распознавание дыма производится на различных уровнях: это программно-определяемые камеры, продукты Atlas для проведения интеллектуальных вычислений и облачные сервисы на базе процессора Kunpeng. Для определения точного местоположения дыма и заблаговременного предотвращения пожара камеры выполняют анализ полученных видеоматериалов, первичный анализ выполняется продуктами Atlas, а вторичный — облачными сервисами. В рамках \"Мосэкомониторинга\" в Москве внедрена расширенная система экологического мониторинга на основе ИИ. В городе действуют более полусотни стационарных постов, которые следят за качеством воздуха. Главным образом вычисляют, как воздействует на него городской траффик. Ведь именно на автомобильные выхлопы приходится 93% загрязнений. 10

Разработки, основанные на искусственном интеллекте И конечно, собирают данные с объектов промышленности, ТЭЦ, очистных сооружений. Чтобы показатели были максимально точными, вводят новые автоматические станции, обновляют оборудование. Круглосуточно работают три современные передвижные экологические лаборатории [10]. С каждым годом все сильнее истощаются природные ресурсы. Необходимо принять срочные меры, чтобы изменить ситуацию. На сегодняшний день человечество уже достаточно хорошо подготовлено для этого: дешевые, широко распространенные сенсорные сети, IoT, улучшения в вычислительной мощности, алгоритмы с открытым исходным кодом. Все это позволяет эффективнее наблюдать за флорой и фауной, океаном и лесами, одним словом, окружающей средой. Системы ИИ, умеющие чувствовать, думать, обучаться, могут модернизировать попытки по сохранению ресурсов, помочь людям бороться с изменением климата и эффективнее использовать энергию [11]. По словам руководителя практики консультационных услуг по вопросам инноваций и устойчивого развития Селин Гервейер, ИИ становится мейнстримом – раньше алгоритмы и суперкомпьютеры были доступны лишь в исследовательских университетах и правительственных лабораториях, сейчас же любой стартап может ими воспользоваться. Перед нами открываются новые возможности управления экологически важными системами. 11

Источники 1. Künstliche Intelligenz für Umwelt- und Klimaschutz // https://www.bmu.de/themen/nachhaltigkeit- digitalisierung/digitalisierung/kuenstliche-intelligenz-fuer-umwelt-und- klimaschutz 2. Fünf-Punkte-Programm des Bundesumweltministeriums für Künstliche Intelligenz // https://www.bmu.de/themen/nachhaltigkeit- digitalisierung/digitalisierung/kuenstliche-intelligenz-fuer-umwelt-und- klimaschutz/fuenf-punkte-programm-des-bundesumweltministeriums-fuer- kuenstliche-intelligenz#c59491 3. Искусственный интеллект для решения социальных задач // https://ecodelo.org/v_mire/44391- iskusstvennyy_intellekt_dlya_resheniya_socialnyh_zadach 4. Rettet kuenstliche Intelligenz den Planeten? // https://www.im- io.de/quantifiedeverything/ki-und-nachhaltigkeit/ 5. Искусственный разум и новые экологичные источники энергии // https://is.gd/dbHbY9 6. Экология и экономика // https://www.ipg-journal.io/rubriki/ehkologija-i- ustoichivoe-razvitie/krylja-vmesto-tormozov-1410/ 7. Экология и искусственный интеллект // https://rusecocentre.ru/ekologiya-i- iskusstvennyj-intellekt/ 8. Forest Monitoring Designed for Action // https://www.globalforestwatch.org/ 9. Своевременные сигналы. Искусственный интеллект для охраны природы // https://aif.ru/society/ecology/svoevremennye_signaly_iskusstvennyy_intellek t_dlya_ohrany_prirody 10. К мониторингу экологии в Москве подключат искусственный интеллект экология видео Наиль Губаев // https://www.m24.ru/videos/ehkologiya/12082021/303402?utm_source=C opyBuf 11. Как искусственный интеллект поможет спасти планету // https://rb.ru/story/ai-save-the-planet/ 12

Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.