Более половины действующих вулканов мира не контролируются инструментами. Следовательно, даже извержения, которые потенциально могли бы вызвать тревогу, могут произойти без того, чтобы люди, подвергающиеся риску, не имели ни малейшего представления о предстоящей катастрофе. В качестве первого и раннего шага к системе раннего предупреждения о вулканах исследовательский проект под руководством Себастьяна Валада из Берлинского технического университета (TU Berlin) и Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ в Потсдаме привел к созданию новой платформы мониторинга вулканов, которая анализирует спутниковые данные. изображения с использованием, среди прочего, «искусственного интеллекта» (ИИ). С помощью тестов с данными о недавних событиях Валаде и его коллеги продемонстрировали, что их платформа под названием MOUNTS (Мониторинг беспорядков из космоса) может интегрировать несколько наборов данных различных типов для всестороннего мониторинга вулканов. Результаты команды были опубликованы в журнале Remote Sensing..
Из 1500 действующих вулканов по всему миру ежегодно извергается до 85. Из-за стоимости и сложности обслуживания приборов в вулканической среде менее половины действующих вулканов контролируются с помощью наземных датчиков, и еще меньше считаются хорошо контролируемыми. Вулканы, считающиеся спящими или потухшими, обычно вообще не контролируются с помощью инструментов, но могут подвергаться сильным и неожиданным извержениям, как это было в случае с вулканом Чайтен в Чили в 2008 году, который извергался после 8000 лет бездействия.
Извержениям часто предшествуют предварительные сигналы
Спутники могут предоставить важные данные, когда наземный мониторинг ограничен или полностью отсутствует. Непрерывные долгосрочные наблюдения из космоса являются ключом к лучшему распознаванию признаков вулканического волнения. Высыпаниям часто - но не всегда - предшествуют предварительные сигналы, которые могут длиться от нескольких часов до нескольких лет. Эти сигналы могут включать изменения в сейсмическом поведении, деформацию грунта, выбросы газа, повышение температуры или некоторые из вышеперечисленных..
«Помимо сейсмичности, все это можно контролировать из космоса, используя различные длины волн в электромагнитном спектре», - говорит Себастьен Валад, руководитель проекта MOUNT. Он финансируется GEO. X, исследовательской сетью по наукам о Земле в Берлине и Потсдаме, основанной в 2010 году и проводимой в Берлинском техническом университете и GFZ. «С системой мониторинга MOUNTS мы используем несколько спутниковых датчиков для обнаружения и количественной оценки изменений вокруг вулканов», - добавляет он. «И мы также интегрировали сейсмические данные из всемирной сети GEOFON GFZ и из Геологической службы США USGS».
Часть проекта заключалась в проверке возможности успешной интеграции алгоритмов ИИ в процедуру анализа данных. Эти алгоритмы в основном были разработаны Андреасом Леем из Технического университета Берлина. Он применил так называемые искусственные нейронные сети для автоматического обнаружения больших деформаций. Исследователи обучали их с помощью компьютерных изображений, имитирующих реальные спутниковые изображения. Благодаря этому огромному количеству синтетических примеров программное обеспечение научилось обнаруживать большие деформации в реальных спутниковых данных, ранее ему неизвестных. Эта область науки о данных называется «машинное обучение».
«Для нас это был важный «тестовый шар», чтобы увидеть, как мы можем интегрировать машинное обучение в систему», - говорит Андреас Лей. «Сейчас наш детектор деформации решает только одну задачу. Но наше видение состоит в том, чтобы интегрировать несколько инструментов ИИ для разных задач. Поскольку эти инструменты обычно выигрывают от обучения на больших объемах данных, мы хотим, чтобы они постоянно учились на всех данные, которые система собирает в глобальном масштабе."
MOUNTS отслеживает 17 вулканов по всему миру
Основные проблемы, с которыми пришлось столкнуться ему и его соавторам, заключались в обработке больших объемов данных и проблемах разработки программного обеспечения. «Но эти проблемы можно решить», - говорит Себастьян Валад. «Я глубоко убежден, что в недалеком будущем автоматизированные системы мониторинга, использующие ИИ и данные из различных источников, таких как спутниковое дистанционное зондирование и наземные датчики, помогут предупреждать людей более своевременно и надежно».
Уже сегодня анализ, предоставляемый платформой мониторинга MOUNTS, позволяет всесторонне понять различные процессы в различных климатических и вулканических условиях по всему миру: от распространения магмы под поверхностью до размещения вулканического материала во время извержение, а также морфологические изменения пораженных участков и выброс газов в атмосферу. Исследователи успешно протестировали MOUNTS на ряде недавних событий, таких как извержение Кракатау в Индонезии в 2018 году или извержения на Гавайях и в Гватемале, и это лишь некоторые из них.
В настоящее время система отслеживает 17 вулканов по всему миру, включая Попокатепетль в Мексике и Этну в Италии. Веб-сайт платформы находится в свободном доступе и, благодаря глобальному охвату и бесплатному доступу к базовым данным, может легко добавлять новые данные.