22 июня 2021 г.
Объединённая команда учёных и разработчиков создаст нейросетевой алгоритм для мониторинга экосистемы Байкала. Алгоритм будет автоматически анализировать пробы байкальской воды, распознавать и классифицировать содержащиеся в ней микроорганизмы. Такой анализ облегчит работу учёных, которым сейчас приходится различать более 400 видов байкальского планктона и систематизировать данные вручную.
Новое технологическое решение будет использоваться в проекте экологического мониторинга Байкала «Точка № 1». Проект заключается в регулярном анализе фито- и зоопланктона в воде озера. Наблюдения показывают, как развивается экосистема Байкала и как на неё влияет изменение климата на планете. Алгоритм позволит не только автоматизировать анализ планктона, но и масштабировать проект, открыв новые точки наблюдения.
В работе над созданием алгоритма принимают участие специалисты НИИ биологии Иркутского государственного университета, разработчики моделей искусственного интеллекта для изучения морских экосистем MaritimeAI, команда облачной платформы Yandex.Cloud и Фонда поддержки прикладных экологических разработок и исследований «Озеро Байкал».
Для обучения алгоритма учёные из НИИ биологии ИГУ предоставили более 1000 снимков каждого вида планктона. На основе этих данных команда Maritime AI создаст механизм классификации видов планктона с использованием Yandex DataSphere — сервиса Yandex.Cloud для анализа данных, разработки и эксплуатации моделей машинного обучения. Изображения микроорганизмов будут передаваться в Yandex.Cloud прямо с микроскопов лаборатории НИИ биологии ИГУ, и алгоритм будет автоматически определять видовую принадлежность планктонных частиц. Предполагается, что алгоритм будет определять до 99% всех видов планктона, а специалисты института биологии будут контролировать качество его работы. Рабочий прототип системы будет представлен уже этим летом.
Проект «Точка № 1» появился в 1945 году и входит в Книгу рекордов России как самый длительный проект регулярного экологического мониторинга в истории науки. На протяжении более чем 75 лет учёные каждые
Почему ученые и разработчики объединили усилия
В последние годы проект «Точка № 1» находился под угрозой закрытия. Методика распознавания данных, которую сейчас применяют в проекте, технологически устарела. Ученые определяют виды микроорганизмов с использованием классических методов микроскопии. Для этого специалисту необходимо научиться различать более 400 видов фито- и зоопланктона, подготовка такого специалиста занимает более 10 лет непрерывной практики. Для поддержания проекта потребовалось бы несколько десятков специалистов высокого уровня, согласных при этом на выполнение рутинных операций. Для сохранения и развития проекта ученые НИИ Биологии ИГУ и Фонда «Озеро Байкал» сформулировали цель — создать интеллектуальную систему цифровой поддержки процесса анализа проб с использованием технологии искусственного интеллекта, которую можно обучить распознаванию микроорганизмов, чтобы автоматизировать основной объем рутинной работы ученых.
Практическая реализация задачи упиралась в барьер — создание такой нейросети с нуля требовало технической экспертизы и ИТ-инфраструктуры, которых не было у НИИ биологии ИГУ.
Эксперты в области ИИ платформы Yandex.Cloud предложили использовать в проекте облачные вычислительные мощности, а также сервис для
Алексей Башкеев, руководитель платформы Yandex.Cloud, рассказывает: «Сейчас учёные определяют виды микроорганизмов с использованием классических методов микроскопии. Для этого им необходимо научиться различать более 400 форм фито- и зоопланктона, на это уходит более 10 лет почти непрерывной работы. В Yandex.Cloud мы решили помочь учёным применить новый сервис Yandex DataSphere, чтобы облегчить их работу и вывести уникальный проект сбора и анализа данных о стоянии Байкала на новый уровень».
Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии ИГУ, поясняет: «Сообщество фито- и зоопланктона является по сути фундаментом всей экосистемы Байкала. Понимая процессы в этом фундаменте, их динамику, мы можем делать прогнозы по векторам развития всей экосистемы озера. Мониторинговый проект „Точка № 1“ уникален тем, что позволяет сделать анализ на основе долговременных и непрерывных рядов наблюдений, накопленных за 75 лет. Партнёрство с Yandex.Cloud позволит решить важную задачу по переводу мониторинга с технологических подходов XX века на парадигму XXI века: с ручного анализа проб на методы с использованием машинного распознавания и обучения. При этом мы сможем не только сохранить преемственность всей многолетней программы, но и масштабировать проект, запустив новые точки наблюдений».
Анастасия Цветкова, генеральный директор Фонда поддержки прикладных экологических разработок и исследований «Озеро Байкал», отметила: «Совместная работа Фонда, Yandex.Cloud и других партнёров отвечает
Павел Голубев, CEO Maritime AI, поделился: «Команда MaritimeAI объединяет в себе экспертизу в области геологии и океанологии в совокупности с последними достижениями в сфере машинного обучения и искусственного интеллекта. Для нас этот проект особенный по многим причинам. Во-первых, это возможность применить наши знания и наш опыт для мониторинга крупнейшего на планете пресного водоёма. Во-вторых, в отличие от наших предыдущих проектов по автоматизации здесь мы имеем дело с уникальным научным процессом наблюдения длиной в 75 лет. В нашей команде есть учёные-океанологи и генетики, и мы отлично понимаем важность сохранения самого процесса наблюдения при его цифровизации. Наконец, для нас важно то, что этот проект, в отличие от наших предыдущих, является не индустриальным, а экологическим. Одним из ключевых факторов успеха проекта является скорость его реализации. Именно с этим нам помогут возможности Yandex DataSphere. Мы используем высокопроизводительные виртуальные машины с
Источник: Пресс-служба компании Yandex.Cloud
