«Печи для обжига кирпича распространились по всей Бангладеш, чтобы снабжать растущую экономику строительными материалами, из-за чего регулирующим органам очень трудно идти в ногу с новыми строящимися печами», – сказала со-ведущий автор Нина Брукс, научный сотрудник Университета Миннесоты. Институт социальных исследований и инноваций в области данных, который проводил исследования, будучи аспирантом Стэнфордского университета.
В то время как предыдущие исследования показали потенциал использования машинного обучения и спутниковых наблюдений для регулирования окружающей среды, большинство исследований было сосредоточено на богатых странах с надежными данными о промышленных местоположениях и деятельности.
Чтобы изучить возможности в развивающихся странах, исследование под руководством Стэнфорда было сосредоточено на Бангладеш, где государственные регулирующие органы борются за размещение неофициальных печей для обжига кирпича с высокой степенью загрязнения окружающей среды, не говоря уже о соблюдении правил.
Растущая угроза
Кирпичи являются ключом к развитию в Южной Азии, особенно в регионах, где отсутствуют другие строительные материалы, а также печи, в которых работают миллионы людей. Однако их крайне неэффективное сжигание угля представляет серьезные риски для здоровья и окружающей среды.
В Бангладеш на печи для обжига кирпича приходится 17 процентов общих годовых выбросов углекислого газа в стране, а в Дакке, самом густонаселенном городе страны, – до половины мелких твердых частиц, которые считаются особенно опасными для легких человека. Это значительный вклад в общее загрязнение воздуха в стране, которое, по оценкам, сокращает среднюю продолжительность жизни жителей Бангладеш почти на два года.
«Загрязнение воздуха убивает семь миллионов человек каждый год», – сказал старший автор исследования Стивен Луби, профессор инфекционных болезней Стэнфордской школы медицины. «Нам необходимо определить источники этого загрязнения и сократить эти выбросы."
Правительственные регулирующие органы Бангладеш пытаются вручную нанести на карту и проверить расположение печей для обжига кирпича по всей стране, но это невероятно трудоемкое и трудоемкое занятие.
Это также очень неэффективно из-за быстрого распространения обжиговых печей. По мнению исследователей, в работе также могут быть неточности и предвзятость, как это часто бывает в правительственных данных из стран с низким уровнем дохода.
Глаз в небе
С 2016 года Брукс, Луби и другие исследователи из Стэнфорда работали в Бангладеш, чтобы определить местонахождение печей, количественно оценить вредное воздействие кирпичных печей на здоровье и предоставить прозрачную общедоступную информацию для информирования о политических изменениях. Они разработали подход с использованием инфракрасного излучения для определения печей для сжигания угля по данным дистанционного зондирования. Будучи многообещающим, этот подход имел серьезные недостатки, такие как невозможность различать печи и улавливающие тепло сельскохозяйственные угодья.
Работая с компьютерными учеными и инженерами Стэнфордского университета, а также с учеными из Международного центра исследований диарейных заболеваний, Бангладеш (icddr, b), команда сместила акцент на машинное обучение.
Основываясь на прошлых применениях глубокого обучения для мониторинга окружающей среды и на конкретных усилиях по использованию глубокого обучения для определения печей для обжига кирпича, они разработали высокоточный алгоритм, который не только определяет, содержат ли изображения печи, но и учится локализовать печи на изображении. Этот метод восстанавливает печи, которые были фрагментированы по нескольким изображениям – неотъемлемая проблема спутниковых изображений – и может определить, когда несколько печей содержатся в одном изображении. Они также могут различать две технологии обжига, одна из которых запрещена, на основе классификации формы.
Отрезвляющие выводы
Подход показал, что более трех четвертей печей в Бангладеш незаконно построены в пределах 1 километра (шести десятых мили) от школы, и почти 10 процентов незаконно расположены рядом с медицинскими учреждениями. Он также показал, что правительство систематически занижает отчеты о печах с точки зрения правил и – согласно результатам классификации формы – завышает процент печей, использующих более новую, более чистую технологию, по сравнению со старым, запрещенным подходом. Исследователи также обнаружили большее количество зарегистрированных печей в районах, прилегающих к запрещенным районам, что свидетельствует о том, что печи официально зарегистрированы в тех районах, где они легальны, но построены за пределами округов.
Исследователи работают над улучшением ограничений подхода, разрабатывая способы использования изображений с более низким разрешением, а также расширяя свою работу на другие регионы, где кирпичи строятся аналогичным образом. Правильное решение может иметь большое значение. В одной только Бангладеш почти все живут в пределах 10 км (6.2 мили) от печи для обжига кирпича, и более 18 миллионов человек, что более чем вдвое превышает население Нью-Йорка, живут в пределах 1 километра (.6 миль), по оценкам исследователей.
«Мы надеемся, что наш общий подход может обеспечить более эффективное регулирование и политику для достижения лучших результатов в отношении здоровья и окружающей среды в будущем», – сказал со-ведущий автор Джихён Ли, исследователь из Стэнфордской лаборатории устойчивого развития и искусственного интеллекта.