Искусственный интеллект определяет локальные очаги загрязнения с помощью спутниковых снимков
Новый инструмент искусственного интеллекта использует комбинацию машинного обучения, спутниковых изображений и данных о погоде, чтобы самостоятельно находить места с сильным загрязнением воздуха вплоть до квартала города.
Ученые из Университета Дьюка разработали инструмент искусственного интеллекта, который поможет исследователям выявлять и сокращать источники опасных выбросов. Кроме того, он пригодится в изучении влияния выбросов на здоровье человека в конкретном месте города.
Авторы нового инструмента ИИ особенно заинтересованы в обнаружении уровней частиц PM2,5.
PM2.5 - это твердые частицы размером менее 2,5 микрон. Их диаметр в 30 раз меньше, чем диаметр человеческого волоса. К ним относится смесь частиц пыли, золы, сажи, а также сульфатов и нитратов, находящихся во взвешенном состоянии в воздухе. Именно эти вещества вызывают помутнение воздуха, типичное для центров крупнейших мегаполисов.
Частицы PM2.5 способны забираться глубоко в дыхательные пути и оседать в легких. Вдыхание этих частиц может вызвать раздражение глаз, носа, горла или легких, а также приступы кашля, насморка и удушья. Но этим не исчерпывается опасность их воздействия. Норма концентрации частиц PM2.5, установленная Всемирной организацией здравоохранения - 25 микрограмм на кубический метр. Превышение этой нормы может нарушить нормальную работу легких и вызвать развитие многих опасных заболеваний, таких как рак легких, инфекции дыхательных путей и сердечно-сосудистые заболевания.
Новый алгоритм искусственного интеллекта выбрал эти спутниковые изображения размером с квартал в качестве локальных горячих точек (вверху) и прохладных точек (внизу) для загрязнения воздуха в Пекине. Предоставлено: Туншу Чжэн, Университет Дьюка.
В отчете Global Burden of Diseases за 2020 год сообщается, что 90% населения планеты проживает в местах, где количество PM2,5 опасно для здоровья. При этом в большинстве городов нет наземных станций мониторинга воздуха из-за высокой стоимости.
Кроме того, они дают только общее представление об условиях загрязнения воздуха в определенном регионе, но для жителей разных районов города эти данные бесполезны. Чтобы решить проблему, ученые создали инструмент для измерения PM2,5 в диапазоне 300 метров (городского квартала).
Новый алгоритм искусственного интеллекта выявил несколько горячих точек и прохладных мест с загрязнением воздуха в Дели. Предоставлено: Школа медсестер Университета Дьюка.
Используя спутниковые данные, показатели погоды и машинное обучение исследователи научили алгоритм автоматически находить горячие и прохладные точки загрязнения воздуха. Разработчики использовали технику остаточного обучения. Алгоритм сначала оценивает уровни PM2,5, используя только данные о погоде. Затем он измеряет разницу между этими оценками и фактическими уровнями частиц. В итоге алгоритм учится использовать спутниковые изображения, чтобы улучшать прогнозы.
