Олег Малютин и Марианна Шмырева запускают дрон для съемки рельефа. Фото: Михаил Фролов
Сегодня разведку местности перед научными исследованиями выполняют беспилотники, а обработку отснятых материалов ученые доверяют нейросетям. Роботы могут проникнуть туда, куда не может человек: в глубины арктических морей, под землю, на вершины гор. Искусственный интеллект за считанные минуты склеивает множество снимков в подробную 3D-модель объекта и находит подвижки рельефа, техногенные объекты и все, что важно для науки, но незаметно для нашего зрения.
Около 300 экспедиций в год организует сегодня РГО. Ученые разных направлений исследуют регионы России и мира, чтобы понять, как меняется климат, флора и фауна. На помощь специалистам приходят инновации. Рассказываем, какие технологии тестирует РГО «в поле».
Видеть будущее
Расцвет курорта Иссык-Куль пришелся на 1960–1970-е годы, когда здесь построили автомобильные дороги, которые связали эти территории с остальным Союзом. К 1979 году тут находились десятки санаториев. После распада СССР курорт пришел в упадок, но сейчас снова популярен. С 2019 года растет число отелей, развивается логистика — ремонтируют дороги, строят объездную трассу и аэропорт Иссык-Куль (Тамчы).
Основная туристическая инфраструктура сосредоточена вокруг самого озера Иссык-Куль. Это бессточный водоем, в него впадает около 80 рек, и ни одна не вытекает. Уровень воды в озере всегда постоянный, потому что вода испаряется с поверхности. Река Чу протекает к западу от Иссык-Куля, в соседней долине.
Озеро Иссык-Куль обрамляют горы с заснеженными вершинами. Фото: Михаил Фролов
Между озером и рекой есть небольшой водораздел — пологая возвышенность (перемычка) высотой около 1,6 тыс. м. Она отделяет котловину водоема от долины Чу. Расстояние между озером и рекой в самом узком месте — всего несколько километров, и там раньше была протока Кутемалды длиной около 6 км. Если вода в озере поднимется — например, при таянии ледников хребтов Кунгей и Терский Ала-Тоо, — то зальет близлежащие территории.
Чтобы понять последствия затопления, ученые создали цифровую карту дна озера. Предварительно они оцифровали архивные карты глубин. На основе анализа этих данных программа позволяет виртуально поднимать уровень воды — например, на полметра, на метр или на два. Так она сразу показывает, какие участки суши окажутся под водой в будущем. С помощью этого ученые и выяснили, какие территории затопит в каждом поселке и где вода перережет дороги.
Карта потенциального затопления поселка Балыкчи (западный берег Иссык-Куля). Изображение предоставлено Марианной Шмыревой
При подъеме воды в Иссык‑Куле на 15 м (например, из-за землетрясения) в туристическом поселке Балыкчи затопит пятую часть территории. Под воду уйдет железнодорожный вокзал и вся инфраструктура. В соседнем селе Чок-Тал затопит 70% площади. В городе-курорте Чолпон-Ата — 30%. Полностью скроется под водой курортная застройка вдоль берега от Сары-Ой до Бостери. Южное побережье Иссык-Куля ждут не такие масштабные последствия. Однако в районе поселка Тамга существует риск затопления дороги, которая идет вокруг озера. Это полностью парализует автомобильное сообщение, доставку грузов и эвакуацию людей. Северное побережье также рискует остаться отрезанным из-за ухода под воду трассы. Кроме того, вода может парализовать единственный крупный аэропорт рядом с озером — Иссык-Куль (Тамчы).
— Мы создали цифровую модель дна, это помогло нам лучше понять динамику изменения рельефа в разные исторические периоды, — отметил начальник отдела информационных технологий и компьютерного моделирования научно-технического центра Сибирской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России Олег Малютин. — Технология позволит постоянно следить за уровнем водоемов, заранее планировать защитные меры и обоснованно запрещать стройку в опасных зонах. А во время чрезвычайной ситуации — прогнозировать дальнейшее развитие обстановки в прибрежной зоне, оперативно корректируя защитные мероприятия.
Так выглядит цифровая модель рельефа озера, которую ученые сделали в ходе экспедиции. Изображение предоставлено Марианной Шмыревой
Нейросети ищут мусор
В 2025 году ученые в ходе экспедиции РГО по маршруту Петра Семенова-Тян-Шанского исследовали берег Иссык-Куля. Сегодня водоем сталкивается с антропогенным воздействием, негативно влияющим на его экологию. Основные причины: выбросы промышленных предприятий, коммунальные стоки, нехватка инфраструктуры для сортировки мусора. Пластик и другие отходы медленно разлагаются в прибрежной зоне Иссык-Куля. В ходе экспедиции РГО ученые проанализировали, насколько эффективно нейросеть «Чистый берег» справляется с поиском отходов на побережье Иссык-Куля. Для этого участок длиной около 2 км в районе села Тору-Айгыр фотографировали с воздуха при помощи дрона. Собранные данные анализировал искусственный интеллект. Стояла задача найти места концентрации мусора и проанализировать тип отходов. Точность работы нейросети проверяли добровольцы прямо на местности. Исследование показало, что лучше всего нейросеть видит мусор с высоты от 30 до 70 м. Яркое освещение заметно повышает точность распознавания, а опускать дрон ниже 30 м оказалось бесполезно.
Берег Иссык-Куля, съемка с дрона. Фото: Mzungu Expeditions
Программа обучена осматривать большие территории с 50-метровой высоты и не рассчитана на работу вблизи. Пластиковые отходы алгоритм чаще всего ошибочно относит к категории «резина», а хуже всего распознает текстиль. С помощью этого метода можно создавать умные карты загрязнений, где будут собраны снимки с дронов. Это нужно для мониторинга свалок и расчета объемов мусора, что позволит точечно направлять добровольческие бригады на уборку проблемных зон и тратить меньше ресурсов на вывоз отходов.
Геоинформационная система РГО
Цифровые данные, полученные в ходе экспедиции РГО в Киргизию, пополнили Геоинформационную систему РГО (ГИС). Это платформа, созданная для планирования экспедиций, их проведения и анализа полученных результатов. Она представляет собой электронную карту, на которую можно накладывать разные слои с данными. На ней видны маршруты как исторических, так и современных экспедиций, координаты точек, где велись наблюдения, результаты полевых исследований, спутниковые снимки и фотографии. Все эти данные, собранные вместе, дают наглядную картину того, как меняется та или иная территория со временем.
Скриншот ГИС РГО
Система постоянно пополняется благодаря экспедициям РГО. Например, геофизики после работы вдоль Байкало-Амурской магистрали передали для ГИС координаты точек, где они делали замеры активной земной коры и изучали ее разломы. С помощью полученных данных можно узнать, насколько выросла вероятность землетрясения на той или иной территории. Места с высокими напряжениями выделены на карте красным — там возможны подземные толчки магнитудой 6,5–7. Это подтверждает, что выбранные участки активны и сейчас. В итоге ГИС помогает выделить территории с риском землетрясений и понять, где нужно вести более тщательный мониторинг.
— Эти данные важны для проектировщиков ответственных объектов: тоннелей, гидроэлектростанций, мостов и трубопроводов, — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории палеосейсмологии и палеогеодинамики ИФЗ РАН Андрей Стрельников. — Они позволяют заранее рассчитать необходимый запас прочности сооружений и определить, какие амплитуды подвижек грунта и основания будут воздействовать на конструкцию во время сейсмического события.
Умная система на солнечных батареях
Процесс установки автономной системы на берегу озера. Фото: 4Неба ВР
Арктика теплеет быстрее любого другого региона планеты, и эти изменения напрямую влияют на глобальный климат, уровень Мирового океана и погоду в умеренных широтах. Чтобы понимать скорость и направление процессов, необходимо проводить регулярный мониторинг экосистем.
В апреле на острове Земля Александры, являющемся одним из самых северных уголков России, ученые развернули систему автономного наблюдения за климатом. Теперь за погодой, состоянием почвы и воды здесь круглосуточно следят 103 датчика. Они измеряют температуру, влажность, давление, уровень солнечной радиации, скорость таяния льда и даже химический состав воды. Каждые 20 минут система записывает новые показания. Работает станция полностью автономно: в полярный день ее питают солнечные панели, попутно заряжая аккумулятор, которого хватает на всю арктическую ночь. Это оборудование заметно расширило возможности научной лаборатории, открытой Русским географическим обществом в 2024 году на базе станции «Омега».
— Инновационные методы позволяют с высокой точностью фиксировать исторические объекты, создавать цифровые архивы для будущих исследований и даже прогнозировать потенциальные последствия природных процессов, — рассказывает директор Департамента экспедиционной деятельности и исследований РГО Наталия Белякова. — Мы тестируем технологии российского производства в экстремальных условиях, чтобы убедиться в их надежности и пригодности для работ в самых труднодоступных районах страны.
Собранная информация будет отправляться на сервер Института мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН, а затем ее детально проанализируют специалисты Института географии РАН. Так ученые смогут увидеть целостную картину изменений, происходящих в высокоширотной Арктике, и точнее прогнозировать климатические процессы.