Всевидящий компьютерный «глаз» нефтянки наблюдает за северными оленями

Что общего между северными оленями и информационными технологиями?

И те и другие важны для нашей страны.

И те и другие в центре внимания компании «Роснефть».

И те и другие этой осенью пересекутся в задаче «Rosneft Challenge 2021» в рамках Марафона ИТ-соревнований «Роснефти».

Меня зовут Айрат Азбуханов, и я один из постановщиков задачи для «Rosneft Challenge 2021», которая в общих чертах звучит так: идентификация северных оленей на аэрофотоснимках и выделение молодых особей. И для её успешного решения участникам ИТ-соревнования определённо понадобятся навыки построения глубоких нейронных сетей и умение решать задачи компьютерного зрения (Computer Vision, CV).

Что среднестатистический айтишник знает о северном олене? Ну как минимум то, что знает Википедия: «Северный олень — парнокопытное млекопитающее семейства оленевых, единственный представитель рода Северные олени (Rangifer). Северный олень в далёком прошлом дал возможность человеку освоить Север, в настоящее время остаётся важнейшим биологическим ресурсом более двадцати народов Евразии и Северной Америки [5]». (Подробнее на https://ru.wikipedia.org/wiki/Северный_олень).

В Википедии можно найти много информации (целых 16 пунктов содержания), посвященной диким северным оленям. Но главное из этого для нас и нашей айтишной задачи – тот факт, что численность этих милых животных неуклонно сокращается (https://ru.wikipedia.org/wiki/Северный_олень#Сохранение_вида), что влечёт для себя последствия для экологии и культуры отдельных районов нашей страны. В 2015 году Rangifer tarandus (= северный олень) Международным союзом охраны природы и природных ресурсов был отнесён к категории «уязвимый» по критериям A2a из-за наблюдаемого снижения численности мирового поголовья на 40% в течение жизни трёх поколений вида (около 21-27 лет). Степень снижения, причины его зависят от региона и подвида северного оленя. В настоящее время в России четыре подвида оленей уже занесены в Красную книгу Российской Федерации.

Пока всё не очень радостно… Но шансы исправить ситуацию есть. Особенно если к решению экологических проблем подключается такая крупная нефтяная компания, как «Роснефть».

Компания «Роснефть» реализует программы и отдельные проекты по изучению и сохранению белого медведя, атлантического моржа, черноморского дельфина, дикого северного оленя, белой чайки и др. Основное внимание уделяется видам, которые являются так называемыми биологическими индикаторами – по состоянию их популяции и направлениям миграции можно эффективно оценить устойчивость и состояние экосистем. Немало интересных для экологов (и не только) подробностей исследований и экспедиций можно прочитать на официальном сайте компании «Роснефть». Всё-таки экология и сохранение биологическое разнообразия – это вам не шутки, если вы – компания, которая является участником Глобального договора ООН, руководствуется целями ООН в области устойчивого развития и национальными экологическими целями Российской Федерации на период до 2030 года.

Вопросы сохранения диких северных оленей и обеспечения устойчивости экосистемы их обитания являются важными для компании. Только за текущий год тема северных оленей на официальном сайте «Роснефти» упоминалась не меньше десятка раз.

С 2012 года «Роснефть» проводит системное изучение ледовых, гидрометеорологических, инженерно-геологических и экологических условий в Арктике. Дикие северные олени – это основа всей экосистемы Арктического севера. С 2014 года «Роснефть» и её дочернее предприятие «Восточно-Сибирская нефтегазовая компания» поддерживают исследования миграций диких северных оленей на территории Эвенкийского и Таймырского районов Красноярского края. Например, использование ошейников с системой спутникового мониторинга ARGOS и встроенными GPS приёмниками позволило получить данные о полном годовом цикле миграции животных, выявить сезонные особенности их перемещения в зависимости от погодных условий и других факторов среды обитания.

Координацию всех научных исследований компании, в том числе и экологических проектов в российской части Арктики, осуществляет Арктический научный центр (АНЦ). АНЦ создан для обеспечения работы совместных предприятий «Роснефти» в Арктике. Специалисты центра исследуют геологическое строение верхней части разреза Земли, толщу воды и всё, что выше: айсберги, лёд, гидрометеорологические условия, животных и птиц. В настоящее время АНЦ совместно с Минприроды России реализует крупный проект по исследованию популяции диких северных оленей для сохранения численности вида. Важный элемент этого проекта – авиационный учёт численности животных, и одну из задач, с ним связанную, специалисты Арктического научного центра предложили вынести на открытое соревнование в рамках Марафона ИТ-соревнований «Роснефти» в этом году.

Ежегодно «Роснефть» организует Марафон ИТ-соревнований с задачами на самые разные реальные производственные темы. Чаще всего это задачи из области машинного обучения, роботизации производственных процессов и компьютерного зрения. В мероприятиях ИТ-марафона (хакатонах и челленджах) участвуют студенты технических вузов, профессионалы ИТ-сферы и просто айтишники-любители. В общем, люди, которым интересно всё интересное :-)

Эти ИТ-соревнования для нас, айтишников «Роснефти», – реальная возможность получить работающие алгоритмы, которые можно внедрить в корпоративные ИТ-решения. За почти два десятка лет программисты, разработчики, инженеры создали уникальные программные продукты, которые стали единой линейкой наукоёмкого программного обеспечения компании. Уже к 2025 году «Роснефть» полностью завершит переход на собственные ИТ-решения для разведки и добычи углеводородов. И процесс совершенствования программного обеспечения идёт быстрее, если к нему подключаются участники наших хакатонов со «свежим» непредвзятым взглядом.

В этом году темы машинного обучения и конструирование складских роботов достались молодым – студентам, выпускникам и аспирантам вузов, зато в разработке алгоритмов для идентификации разных возрастных групп северных оленей по аэрофотоснимкам могут принять все желающие. И вам – ИТ-специалистам, профессионалам под силу сделать свой вклад в глобальную работу «Роснефти» по изучению и сохранению популяций северного оленя в стране. А поможет в этом так называемое компьютерное зрение.

Что может быть сложным в этой задаче для айтишников? Правильный подсчёт оленей по группам. Так как молодые особи без рогов, а взрослые – с рогами. Ну и адаптация алгоритма под разное время года тоже весьма непростое дело.

Почему нам так важно отделить молодых оленей от взрослых? Информация о половозрастной структуре встреченных животных – важные данные, по которым можно делать выводы о состоянии популяции в целом, шансах на увеличение её численности и «здоровом» состоянии.

Задача будет выставлена на соревновательную платформу с автоматическим расчётом метрики оценки решения. Для участников всё будет прозрачно и понятно, метрика будет выбрана перед соревнованием на основе стандартных Data Science метрик. В итоге мы, организаторы, ждём от участников «Rosneft Challenge 2021» готовый продукт – решение для автоматического учёта популяции северного оленя.

Если вы увлекаетесь компьютерным зрением или знаете тех, кто имеет такое хобби, то расскажите им про «Rosneft Challenge 2021». Пусть заглянут на https://it2021.rn.digital/. Там всегда можно зарегистрироваться на актуальные хакатоны «Роснефти», в том числе и на «Rosneft Challenge 2021», которому и была посвящена эта статья))