Использование искусственного интеллекта для анализа спутниковых данных с целью управления озеленением.
Наблюдение Земли из космоса претерпевает революционные изменения в связи с увеличением количества спутников на орбите и увеличением числа частных поставщиков технологий дистанционного зондирования. Возможности высокочастотного крупномасштабного мониторинга также быстро расширяются. Данные спутников универсальны и настоящее время используются в самых разных сферах деятельности - от поставщиков электроэнергии, железных дорог и энергетической инфраструктуры до лесного сектора, компаний по управлению водными ресурсами, горнодобывающей и строительной промышленности. Среди множества приложений данные спутникового дистанционного зондирования используются для оценки и прогнозирования стихийных бедствий, таких как землетрясения, наводнения, штормы и лесные пожары.
В связи с увеличением масштабов засух, ураганов и лесных пожаров возрастает потребность в надежном высокочастотном и глубоком мониторинге активов и их целостности, чтобы обеспечить средства для контроля и снижения потенциальных рисков. Ежедневные отчеты о повреждении инфраструктуры во всем мире участились, что подчеркивает необходимость надежного мониторинга и управления растительностью.
Управление растениями для операторов инфраструктуры.
С самого начала LiveEO имела возможность предоставить одной из крупнейших железнодорожных компаний Европы анализ растительного мира вдоль железнодорожных сетей по всей Германии.
В настоящее время они сотрудничают с оператором распределительной сети E.DIS Netz GmbH, который входит в состав E.ON, одну из крупнейших энергетических компаний в Европе.
Рисунок 1. Оценка рисков для железной дороги: зеленая - растительность; красная - критическая зона; желто-коричневая - менее критическая зона.
Информация о спутниковой технологии.
LiveEO решила сделать спутниковый мониторинг крупномасштабной инфраструктуры и растительности одной из приоритетных задач. Разработанные компанией услуги обслуживают все оперативные уровни, от высшего руководства до персонала на местах на основе дистанционного зондирования, аэрокосмической инженерии, геоинформатики, геофизики, разработки программного обеспечения. LiveEO использует спутниковые снимки различного пространственного и временного разрешения, чтобы предоставить не только обзор всей сети инфраструктуры, но и подробный анализ критических зон.
В настоящее время около 2000 спутников вращаются вокруг Земли, их данные предоставляются государственными и частными провайдерами. LiveEO «не владеет никакими спутниками», полагаясь на доступные снимки, например, от Европейского космического агентства (ESA), у которого есть оптические и радиолокационные спутники на орбите. Каждый из спутников ЕКА посещает определенное место на Земле периодически каждые пять-шесть дней, и данные загружаются в течение короткого периода времени. При пространственном разрешении от 10 м до 14 м и зоне покрытия 10 000 км² и 25 000 км², соответственно, можно использовать как оптические, так и радиолокационные изображения для получения обзора всей сети и выявления областей, которые требуют пристального внимания.
Поскольку радиолокационные изображения не зависят от облачности и дневного света, LiveEO может предоставлять актуальную информацию с интервалом в каждые шесть дней. Поскольку критические области могут быть ограничены относительно небольшими районами, компания также интегрирует коммерческие спутниковые данные высокого разрешения, чтобы устранить потенциальные пробелы в пространственном и / или временном разрешении, получая их от коммерческих поставщиков данных.
Рисунок 2. Приложение для смартфонов с картой для просмотра критических зон.
Эти данные вводятся в алгоритмы, которые комбинируют их с данными спутников для создания моделей, способных автоматически классифицировать объекты в интересующих областях, включая потенциальные повреждения. Например, деревья, расположенные рядом с воздушными линиями, представляют различную степень угрозы в зависимости от их вида, состояния или возраста. Эти факторы, добавленные к количеству и качеству входных данных, могут улучшить результат анализа и воспроизвести реальную картину с дополнительными входными данными.
Рисунок 3. Перспектива орбиты.
Например, алгоритмы определяют, встречаются ли участки воздушной линии, проложенные через густой лес с полянами, кустарниками или большими деревьями. Они также определяют места, где высокие деревья растут слишком близко возле воздушной линии. Модели также могут классифицировать состав растительности, окружающей воздушную линию. Разные виды деревьев представляют разную степень угрозы для воздушной линии, что необходимо учитывать при анализе рисков.
В дополнение к сосредоточению внимания на взаимодействии электрических сетей воздушных линий с растительностью, технология также оценивает деформацию грунта и присутствие посторонних лиц в непосредственной близости от воздушной линии. Используя радиолокационный спутниковый анализ временных рядов, можно отслеживать вертикальное изменение высоты грунта до миллиметровых уровней, а LiveEO работает с методами обнаружения изменений, чтобы идентифицировать и классифицировать соответствующие действия вблизи объектов коммунальных предприятий.
Модели могут быть дополнительно расширены и включать в себя данные в режиме реального времени. Например, информировать о движении транспорта, строительных работах вблизи воздушных линий, местных погодных условиях (ветер, температура, осадки и т. д.), наземно-гидрологических условиях или использовании сети, а также наземных данных, обеспечивая целостное представление о состоянии инженерных сетей, значительно повышая информативность модели рисков.
Поскольку серверный центр LiveEO должен выполнять ресурсоемкие задачи с большим объемом данных, компания работает с облачными решениями, предлагаемыми Amazon Web Services (AWS). Однако использование внешнего сервиса было оптимизировано с точки зрения затрат, чтобы использовать ресурсы по мере необходимости.
Пилотный проект E.DIS Netz GmbH.
LiveEO продемонстрировала возможности в результате подписания контракта на первый пилотный проект с E.DIS, одним из крупнейших региональных операторов распределительных сетей в Германии. Коммунальное предприятие обслуживает потребителей на территории около 36 000 км 2, которая простирается от Балтийского моря до Шпревальда. Сеть воздушных линий включает более 5 000 км линий высокого напряжения, 27 000 км линий среднего напряжения и 47 000 км линий низкого напряжения.
В рамках стратегии компании по оцифровке E.DIS ищет стартапы, технологии и решения которых могут повысить ценность и оказать поддержку в переходе на энергоснабжение. В частности, E.DIS признала потенциал спутниковых приложений LiveEO как инновационного решения для управления растительностью и активами.
Было проанализировано 12 000 км воздушных линий с оценкой количества участков, которые потенциально подвержены воздействию растительности. Этот подход заключался в следующем:
- Определение пороговых значений;
- Расстановка приоритетов на основе нескольких критериев.
Первоначально команда проекта определила разные значения расстояния между растительностью и воздушной сетью. После того, как растительность была классифицирована в соответствии с расстояниями от инфраструктуры, LivEO применила методы машинного обучения для определения приоритета «критических» участков, которые представляли потенциальную угрозу из-за близости к воздушным линиям.
Результаты пилотного проекта.
E.DIS улучшила обзор местности при одновременном сокращении ручного труда. Субподрядчики теперь могут более точно определить участки сети, которые необходимо расчистить.
Приоритезация задач позволила руководству инфраструктуры легко определить бюджет для различных юрисдикций. Экспериментальный проект был завершен в середине 2019 года, и после успешной проверки результатов анализа E.DIS намеревается протестировать разработанное решение, которое включает в себя инструмент управления персоналом со слоем спутниковых данных и индивидуализированный интерфейс, тем самым принимая важные шаг к оцифрованному процессу управления растительностью.
Веб-приложение позволит руководству просматривать наземную сеть, отображаемую на экране, и общаться со своими субподрядчиками через мобильную версию. Это поможет получить аналитические данные и сократить эксплуатационные расходы коммунального предприятия, а также представляет новые способы прогнозирования рисков.
Рис.4. Электросеть Северной Америки.
Дополнительные преимущества, предлагаемые спутниковыми решениями.
LiveEO преобразует знания спутниковых технологий в практические идеи в виде платформы «Информация как услуга». Это позволяет операторам коммунальных услуг взаимодействовать с данными через настольное веб-приложение и мобильное приложение. Веб-приложение может использоваться руководством компаний и супервайзерами, для поддержки повседневного бизнеса, планирования бюджета и персонала или для предоставления обзора целостности активов и хода выполнения работ.
Продукт предоставляет показатели производительности и поддерживает планирование бюджета, бизнеса и ресурсов на основе данных. Сюда входит определение приоритетов на основе оценки критичности, рекомендаций по целевым проверкам и оптимизации задач, которые необходимо выполнить. Менеджеры также могут использовать услуги LiveEO для взаимодействия с персоналом на месте, например, поскольку данные могут быть распределены между персоналом на месте через Интернет и мобильное приложение для повышения эффективности и прозрачности управления персоналом. Мобильное приложение в основном используется в полевых условиях, чтобы помочь сотрудникам определить приоритеты задач, которые необходимо выполнить на месте, и для обеспечения возможности обратной связи пользователей, таких как загрузка фотографий или документации. Это облегчает связь и отчетность, поддерживает отслеживание прогресса в обслуживании и позволяет обновлять аналитические данные, внося новые данные в целях постоянного повышения качества анализа.
Рисунок 5. Электрическая сеть: синим - электросеть, зеленые точки - полюса; красный - критическая зона: желтый - менее критическая зона.
LiveEO тесно сотрудничает с потребителями коммунальных услуг, проводя обучение предлагаемым услугам и определяя требования, которые необходимо выполнить с помощью анализа. Это включает в себя пространственное и временное разрешение результатов, общие временные рамки, характер потенциальных угроз для инженерной сети или условия, которые должны быть соблюдены для использования мобильного приложения на месте. По завершении анализа оценка выполняется в тесном контакте с заказчиком, поскольку отраслевые знания и опыт не могут быть полностью заменены алгоритмами.
Учитывая возможности спутниковой технологии, LiveEO скоро добавит в свой портфель возможности измерения высоты растительности. Это позволит измерять высоту деревьев под воздушными линиями электропередач, а также определять больные или мертвые деревья, которые представляют опасность для целостности активов заказчика.
LiveEO также рассматривает мониторинг лесных пожаров и штормов в качестве еще одного важного приоритета оценки потенциальных воздействий на сети и в ближайшем будущем планирует добавить соответствующие услуги в мониторинг растительности. В будущем интеграция может также включать данные с бортовых датчиков, таких как беспилотные летательные аппараты (БЛА) или псевдоспутники, что добавит совершенно новые разрешающие способности и точность анализа.
Резюме.
Применение наблюдения Земли для мониторинга инфраструктуры может заменить утомительную, требующую времени и затрат работу более эффективным, точным и экономичным подходом. Сочетание огромного количества спутниковых данных с высококачественным опытом позволило предложить обзор текущего состояния тысяч километров инженерных сетей, что дает возможность принимать обоснованные управленческие решения, сокращая при этом объем работ на месте. Это ведет к уменьшению ущерба, наносимого имуществу, при одновременном предоставлении прогнозов по районам, находящимся в зоне риска, чтобы снизить физический и экономический ущерб.