В России создают ИИ-систему для прогнозирования пожаров и биологических угроз в тайге

Политехническим институтом ТОГУ ведется разработка интеллектуальной системы прогнозирования, выявления и оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера разработчики из Высшей школы кибернетики и цифровых технологий представили проект «Автономные телекоммуникационные системы и ретрансляторы», обеспечивающий устойчивую связь даже в условиях глухого леса. Его цель — преодолеть главный конфликт современной связи: приходится выбирать между дальностью и «тяжестью» данных. Новая архитектура, управляемая искусственным интеллектом, обещает дать и то, и другое, причём там, где нет ни вышек, ни электричества.

Даже при установке вышек связи операторы и пользователи сталкиваются с серьёзными ограничениями: чем выше частота (например, 4G/5G), тем меньше радиус покрытия, сигнал заметно ослабевает из-за сложного рельефа, плотной растительности и больших расстояний, а передача видео требует высокой пропускной способности. В условиях дальневосточной тайги эти проблемы становятся критическими, поэтому учёные не могут опираться на готовые решения — их эффективность оказывается недостаточной. В результате им пришлось разработать собственную систему связи, адаптированную к суровой и труднодоступной дальневосточной среде.

«Задача стоит двойная: увеличить дальность связи и одновременно обеспечить передачу тяжёлых данных — видео и фото — с минимальной задержкой, — объясняет директор департамента цифровой трансформации и политики в области открытых данных ТОГУ Денис Вегера. — „Поставил и забыл“ — принцип работы этих узлов. Система автоматически диагностирует себя, а при сбое доступна удалённая перезагрузка. Не нужно ехать три дня на вездеходе, чтобы перезапустить упавшую вышку».

Стартовав с базовых 30 километров, команда вышла на радиус в 50 км. Но ключевая цель — 70 км. Достижение этого показателя даст зону покрытия в 770 тысяч гектаров, что позволяет в реальном времени собирать информацию с самых удалённых участков в единый центр, который располагается в ТОГУ. Здесь в дело вступает нейросеть: она фиксирует угрозы и прогнозирует пожары и биологические риски, предлагая сценарии реагирования. Однако для качественной работы такого «цифрового мозга» необходим непрерывный поток видео и фото высокого разрешения.

В основе системы лежит модульная архитектура, объединяющая несколько уровней. Главное отличие от аналогов — баланс между дальностью и пропускной способностью.

• Для сенсоров и датчиков (например, анализаторов почвы или дыма) разработана сверхэкономичная беспроводная технология, позволяющая пересылать небольшие пакеты данных на десятки километров. Это решение идеально для распределённых сетей телеметрии, систем «интернета вещей» и межмашинного взаимодействия.

• Разворачивать сеть без прокладки километров кабеля позволят автономные ретрансляторы. Это защищённые корпуса класса IP67 (полная пыле- и водонепроницаемость), оснащённые солнечными панелями, аккумуляторами и ветрогенераторами.

• Самые интересные решения лежат в «цифре». ИИ-алгоритмы анализируют текущую нагрузку и оптимизируют энергопотребление в реальном времени. Ретрансляторы умеют уходить в «режимы сна» и передавать данные по расписанию, когда это максимально эффективно. Это позволяет добиваться рекордно низкого энергопотребления при сохранении устойчивой связи.

• Финальный уровень системы — самоорганизующиеся сети (mesh-топология). Протоколы ячеистой связи автоматически маршрутизируют пакеты данных, и если один узел выходит из строя, сеть мгновенно восстанавливается, перенаправляя сигнал в обход. Это делает телекоммуникационную среду не только умной, но и «живучей».

С 21 по 24 сентября команда Политеха и Департамента цифровой трансформации ТОГУ в рамках стратегического технологического проекта (СТП-1) программы «Приоритет-2030» провела полевые испытания собственных разработок и технических решений в национальном парке «Бикин». В условиях дальневосточной тайги специалисты протестировали работу системы в полной конфигурации.

Во время испытаний беспилотный летательный аппарат выполнял съёмку территории. На борту БПЛА был установлен разработанный учёными ТОГУ модуль, объединяющий автономную систему электропитания, средства сбора телеметрии и оборудование для фото- и видеофиксации. Полученные данные передавались в портал мониторинга биотических угроз и лесных пожаров.

Передача информации осуществлялась по цепочке «БПЛА — базовая станция — спутниковая система передачи данных — ТОГУ». Данные телеметрии, фото- и видеофиксации поступали в центр обработки информации для анализа с использованием разрабатываемой в ТОГУ системы искусственного интеллекта, предназначенной для детекции и прогнозирования распространения биотических угроз.

Система была применена на расстоянии до 30 км. Такой формат испытаний позволил проверить как отдельные элементы разработки, так и работу всей технологической цепочки — от получения данных непосредственно на территории национального парка до их передачи, обработки и отображения в разработанном в ТОГУ портале.

Проект обещает превратить «мёртвые зоны» в контролируемые цифровые пространства. В перспективе такая система связи позволит контролировать огромные лесные массивы и оперативно обнаруживать угрозы (от пожаров до незаконных лесных рубок). Она снизит затраты на инфраструктуру и обеспечит автоматизацию принятия решений. И самое главное — она обеспечит постоянную связь там, где раньше это считалось невозможным. Проект пока находится в стадии развития, но уже сейчас ясно: речь идёт не просто о новой технологии связи, а о фундаменте для цифровой системы управления природными территориями. Это кирпичик для фундамента цифровой экономики в зонах тундры и бездорожья. Увеличивая радиус связи до 70 км (зона покрытия 770 тыс. га), разработчики ТОГУ «сшивают» цифровое одеяло страны, превращая разрозненные удалённые территории в единое интеллектуальное пространство и демонстрируя переход вуза от модели поставщика кадров к модели поставщика готовых технических решений.

Разработка ведётся в рамках программы «Приоритет-2030» и направлена на решение одной из ключевых проблем Дальнего Востока: только в 2025 году в Хабаровском крае огонь уничтожил почти 72 тыс. гектаров леса. Новая система объединит технологии мониторинга, анализа и оперативного реагирования, чтобы эффективно защищать природные ресурсы региона.