Изучение атмосферных аномалий с помощью машинного обучения и единого дата-сета

Что можно увидеть в ночном небе? Для большинства людей ответ на этот вопрос очевиден: луну и звезды, огни самолетов и вертолетов. Для тех, кто обладает острым зрением – птиц и дронов. Для тех, кому возможно повезло – кометы и метеоры. Для тех, кому точно не повезло – световое загрязнение. Однако есть и люди, которые добавят к этому списку так называемые «неопознанные атмосферные аномалии» (Unidentified Aerial Phenomena, UAP).

Термин UAP стали активно использовать сравнительно недавно, в том числе и для того, чтобы дистанцироваться от более известного и провокационного термина «неопознанные летающие объекты» или НЛО (Unidentified Flying Object, UFO).

В августе 2020 года первый заместитель министра обороны США Дэвид Норкуист объявил о создании рабочей группы по изучению аномалий в американском небе. Как отмечается в пресс-релизе Пентагона, ее цель заключается в «том, чтобы понять природу и происхождение UAP… находить, анализировать и фиксировать аномалии, которые представляют возможную угрозу национальной безопасности Соединенных Штатов».

Это не единственный пример того, как меняется отношение американских властей к феномену «атмосферных аномалий». В апреле того же 2020 года Пентагон рассекретил три видео с неизвестными объектами, снятыми пилотами авиации США. В январе 2021 года ЦРУ рассекретило тысячи документов, имеющих отношение к UAP. Стоит отметить, что власти страны изучают неопознанные летающие объекты с середины XX века: в период с 1952 по 1970 год действовала официальная программа «Синяя книга».

Ученые и активисты, не аффилированные с государством, также исследуют этот феномен уже много лет, начиная с 1940-х годов. Со временем в этом движении стали принимать участие все больше и больше людей, но процесс сбора информации об аномалиях всегда осложнялся случайностью наблюдений и отсутствием необходимых технологий.

Основатели проекта Sky Hub считают, что ситуацию можно изменить с помощью современных возможностей искусственного интеллекта и анализа данных.

Основная задача проекта – собрать как можно больше информации о феномене UAP, используя научный метод и новейшие технологии. Для этой цели была создана некоммерческая организация, объединяющая ученых, инженеров, исследователей и энтузиастов. Основатель Sky Hub Стивен МакДэниэл подчеркивает, что проект связан не с поиском доказательств существования внеземной жизни, а направлен исключительно на изучение атмосферных аномалий по всем правилам науки.

«Наша позиция в отношении феномена UAP заключается в том, что в связи с отсутствием необходимого объема информации, мы не можем прийти к выводу о природе аномалий. Мы также считаем, что имеющиеся данные однозначно свидетельствуют о том, что UAP заслуживают дальнейшего изучения. С помощью нашего проекта мы продолжим собирать данные и доказательства, и посмотрим, на что они укажут», – отметил МакДэниэл в своем блоге на Medium.

Чтобы собрать необходимые данные, и затем изучить явление, которое не поддается контролируемым наблюдениям или экспериментам, Sky Hub выбрал метод observational science – простого наблюдения за феноменом и записи его результатов. В этой ситуации главной технической задачей становится создание инструмента для таких наблюдений. Так появился Sky Hub’s Tracker – специальное устройство, которое снимает небо и записывает происходящее. Tracker анализирует замеченные объекты, используя технологии машинного обучения, и передает полученные данные в облачное хранилище, доступное всем участникам проекта.

Как надеются создатели проекта, в результате сформируется сеть станций наблюдений по всему миру, и аномалии, зафиксированные устройствами, будут собраны в виде единого дата-сета для дальнейших исследований.

Разработчики стремились сделать Tracker как можно более простым и дешевым, чтобы его могло использовать как можно больше людей, и в то же время достаточно мощным и эффективным, чтобы с его помощью можно было снимать качественное видео. Устройство состоит из микрокомпьютера, камеры, сенсоров, GPS, блока питания и других элементов, защищенных специальным пластиковым корпусом. Купить готовый Tracker пока нельзя, поэтому участники проекта собирают собственные модели на основе технических рекомендаций от команды проекта.

Проект Sky Hub следует принципу открытости информации: планы по сбору устройства, в том числе и для печати корпуса на 3D-принтере, можно найти в открытом доступе на wiki-портале. Репозиторий проекта на Gitlab содержит код для программ, которые используются для различных задач проекта.

До появления нового поколения микрокомпьютеров и сенсоров, доступных большему числу покупателей, собрать что-либо подобное было невозможно. Устройство сможет в полной мере использовать возможности технологий искусственного интеллекта, которые позволяют классифицировать объекты в небе для идентификации аномалий. Представители Sky Hub признают, что перед ними стоит сложная задача. Автоматическое распознавание неопознанных объектов довольно часто используется для машинного обучения оптических систем наблюдения. Несмотря на это, никто раньше не пытался распознать объекты, летящие в небе.

Как пояснил в своем блоге председатель научного совета Sky Hub Кристофер Когсвелл, первым шагом решения этой задачи станет классификация характеристик для опознанных объектов, которые наиболее вероятно будут засняты на камеры. Для этого необходимо предоставить искусственному интеллекту достаточно информации, чтобы он мог установить характеристики животных, коммерческих и военных самолетов, погодных явлений, спутников и т.д. Это позволит сразу идентифицировать знакомые объекты, в то время как все остальное попадет в категорию «не опознано».

Команда Sky Hub исходит из того, что у каждого известного объекта будут отличительные черты движения по небу. Например, расчетные скорость, ускорение и высота полета птицы и самолета будут отличаться. Будут использоваться и другие критерии: форма, размер, цвет и световые сигналы. Помочь в идентификации способны вторичные дата-сеты: маршруты полетов, погодные явления и другие сведения.

Если Tracker зафиксирует объект, чьи параметры движения не прошли проверку и не относятся ни к одному из известных явлений, алгоритм проверит его другие характеристики. Чем больше проверок не сможет пройти объект, тем больше он будет неопознанным. Объекты с наивысшим уровнем неопознанности представляют наибольший интерес для изучения.

Анализ данных осуществляется на месте, самим устройством. После того, как данные окажутся в облачном хранилище, исследователи будут проверять их дальше.

«Если уделить системе Sky Hub достаточно времени и внимания, она в теории сможет собрать качественный набор данных как об опознанных, так и о неопознанных явлениях, которые затем смогут изучать и другие группы людей, интересующихся этой темой. Кроме самих видео, информация о явлениях будет включать дата-сеты, собранные для машинного анализа», – рассказал Когсвелл.

В мае 2020 года команда проекта работала над тестированием новых устройств и камер, записывая на видео полеты самолетов. В одну из ночей, как обычно, три самолета медленно пролетели над городом. На мониторе они отображались как тусклые, белые отблески. Монотонность картины иногда нарушалась вспышками грозы неподалеку.

«И тогда, как раз когда третий из предполагаемых самолетов, оказался в центре экрана, он просто остановился. Он оставался там неподвижно, как будто целую вечность, перед тем как резко сменил направление и двинулся в сторону грозы. На тот момент она находилась уже в одной миле. Все знают, что самолеты так себя не ведут», – рассказал Адам Аллен, один из участников проекта.

Зафиксированное на камеру событие стало переломным в развитии проекта. С новым энтузиазмом команда завершила разработку Tracker и системы сенсоров, чувствуя в себе достаточно уверенности, чтобы рассказать о своей работе в СМИ.

В интервью изданию space.com в феврале 2021 года Когсвелл сообщил о 12 работающих устройствах. Большинство расположены в США, несколько – в Великобритании и Бразилии. Появятся ли они в России пока неизвестно.