Изучение и освоение Арктики, развитие Северного морского пути — один из приоритетов России. Например, исследователи хотят повысить грузопоток на Северном морском пути до 80 млн тонн в год к 2024 году. Для этого нужно наладить судоходство, модернизировать ледоколы, развивать связь и портовую инфраструктуру. Часть задач передают дронам и нейросетям — они будут прогнозировать маршрут и определять место опасных айсбергов.
Как Арктику изучают с помощью беспилотников
Ледовая разведка — важный элемент навигации в замерзающих акваториях. Она помогает узнать типы льдов, оценить их толщину и прочность, возможность прохода судов разных ледовых классов по маршруту судов, построить прогноз развития ледовой обстановки. Но самое важное — нужно находить айсберги, стамухи, крупные торосы, которые могут препятствовать движению и в отдельных случаях представляют угрозу для живучести судна.
«Традиционно ледовая разведка происходила путем визуального наблюдения, но сейчас основным источником информации о ледовой обстановке в Арктике являются данные спутниковых наблюдений, в первую очередь в радиолокационном диапазоне, — рассказывают в Центре НТИ на базе МФТИ. — Однако возможности существующей российской спутниковой группировки ограничены, а доступ к данным зарубежных аппаратов по понятным причинам может быть прекращен в любой момент».
Разведка — важный элемент навигации в замерзающих акваториях
Дирекция Северного морского пути госкорпорации «Росатом», например, решила развивать тактическую ледовую разведку, осуществляемой на так называемом коротком плече — на дистанции 100–150 км при помощи БПЛА. Ученые взяли на себя обязательства по созданию таких комплексов — речь о применении специализированных беспилотников с гибридной силовой установкой, которые сочетают возможности квадрокоптера и беспилотника самолетного типа.
«Такой аппарат может держаться в воздухе больше четырех часов, брать на борт полезную нагрузку до 15 кг, обрабатывать данные радиолокационного зондирования в режиме реального времени и передавать результаты на борт ледокола», — объяснили авторы проекта.
В комплекс входят беспилотник с установленной на борту радиолокационной аппаратурой, а также программное обеспечение синтеза и обработки радиолокационных изображений, программно-аппаратные средства для распознавания и прогноза ледовой обстановки и поддержки принятия решений на основе искусственного интеллекта. Аппарат оснащен системой связи и специальным пунктом управления. Летательный аппарат базируется на палубе ледокола (или судна ледового класса) и может взлетать оттуда, но может стартовать и с берега.
Как ИИ может исправлять изображения и рассчитывать оптимальный маршрут судна
По итогам разведки получаются очень детальные радиолокационные изображения подстилающей поверхности в режиме реального времени. Программа ученых умеет «подправлять» искажения, которые возникают во время полета БПЛА, например, от ветра. Радиочувствительные приборы получают искаженную информацию, но программа за счет алгоритмов исправляет ее и синтезирует качественное радиолокационное изображение.
Но основная нагрузка по интерпретации информации ложится на искусственный интеллект, утверждают авторы. В Центре компетенций НТИ разработали нейронные сети, которые анализируют данные радиолокаторов, выделяют опасные ледяные образования, определяют возраст, их сплоченность и другие характеристики, которые влияют на оптимальный маршрут судна. В качестве исходных данных можно использовать не только данные БПЛА, но и доступную спутниковую информацию.
По итогам разведки получаются очень детальные радиолокационные изображения
Данные интерпретируются в связке с гидродинамической моделью, описывающей морские течения и эволюцию ледяных образований в процессе дрейфа так, чтобы можно было установить не только характеристики, но и происхождение наблюдаемых объектов.
На окончательном этапе работы модель выдает прогноз развития ледовой обстановки на ближайшие часы и рекомендации капитану судна по оптимальным маршрутам. Но финальное решение, безусловно, всегда остается за человеком.
«По сравнению с традиционными методами ледовой разведки такой подход дает оперативность, высокую точность и детализацию оценки ледовой обстановки, что дает капитану возможность принимать решения в критических ситуациях, — уверен Александр Родин, директор научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ. — Элементы комплекса были неоднократно испытаны в арктических условиях, сейчас идет работа по приданию комплексу окончательного облика и отработке в реальных условиях эксплуатации».
Комплекс начнут тестировать в 2023 году, а использовать штатно — в конце 2024 года. К этому сроку разработчики поставят комплексы ледовой разведки берегового и палубного базирования. Прямых аналогов у проекта нет, а экспериментальные решения есть в США, Норвегии и Канаде.
