ドローンAIが海洋ごみの場所を人間のチームに知らせられる
米国海洋大気庁（NOAA）の沿岸海洋科学センター（NCCOS）、オレゴン州立大学、そして彼らのパートナーは、海岸沿いの海洋ごみを検出・識別するためのドローンベースの機械学習システムを開発しています。
2021年12月、研究者たちはシステムの装置を評価し、検出方法を改良するために、テキサス州コーパスクリスティ近郊のビーチを利用しました。この研究プロジェクトは2020年6月に始まり、2022年5月末まで続く予定です。
海洋ごみは、環境、航行の安全、沿岸経済、そしておそらく人間の健康を脅かす世界的な問題です。ごみを迅速かつ正確に検出・識別することは、これらの影響を防ぐことができる清掃と対応活動の鍵となります。この役割を果たせるのが、無人航空機システム、つまりドローンです。
人工物から反射される偏光（波が一つの平面内で振動する放射）は、植生、土壌、石などの自然物からの光とは異なることがよくあります。ドローンに偏光カメラを搭載すると、空からのごみ検出が向上する可能性があります。研究者たちは、このようなカメラを地上で試験するとともに、米国沿岸警備隊の協力を得てヘリコプターからも試験しました。
ヘリコプターでの飛行により、チームは無人システムが飛行する高度を再現し、ドローンが偏光カメラを使用した場合に何が起こるかをシミュレーションできました。その後、チームは機械学習のコンピュータプログラムを訓練し、収集した画像の中からごみを見つけて分類させました。
本格運用が始まると、ドローンベースの機械学習システムが収集したデータを使って地図を作成し、海岸沿いのどこに海洋ごみが集中しているかを示します。これにより、迅速な対応と除去の取り組みを導くことができます。
研究者たちは、NOAAの海洋ごみプログラムのスタッフに対し、新しいシステムの使い方の研修と標準運用手順のガイダンスを提供します。このプロジェクトは、NCCOS、NOAAの海洋ごみプログラム、オレゴン州立大学、ORBTL.AI、Genwest Systemsの協力により実施されています。
また、水面に浮かぶ海洋漂流物の検出について言えば、バルセロナ大学の研究者たちは昨年、ドローンでそれを可能にする人工知能ベースのシステムを開発しました。
毎日何百万トンものプラスチックが海に流れ込んでいるため、科学者たちはその所在を追跡する時間がほとんどありませんが、新しく有用なツールを手にできるかもしれません。バルセロナ大学の研究者たちは2021年2月、航空写真から海洋ごみを検出し定量化できるアルゴリズムを開発しました。彼らは、これがドローンと組み合わせて海を自律的にスキャンし、被害を評価できることを期待しています。
世界的なプラスチック汚染問題を総括することは困難です。毎日ますます多くのプラスチックが海に流出し、追跡が難しい小さな破片に分解されているからです。バルセロナ大学のチームは、海面に浮かぶこれらの破片に焦点を当て、航空機や船舶による被害調査などを含む既存の分布追跡手法の改善を目指しています。
その興味深い例が、「海洋クリーンアップ」プロジェクトでの取り組みです。このプロジェクトでは、調査船が太平洋ごみベルトに向かい、センサーとイメージングシステムを搭載した航空機で上空を飛行しました。彼らは赤外線を使って、海を漂うプラスチック片を他の海洋ごみと区別する方法を示しました。
その代わりに、バルセロナ大学のチームは深層学習の手法を用いて、カタルーニャ沿岸の地中海上空で撮影された3800枚以上の航空写真を分析しました。この写真でアルゴリズムを訓練し、ニューラルネットワークを使って時間とともに精度を高めることで、チームは水面に浮かぶプラスチックを確実に検出し定量化できるAIツールを手に入れました。
「海洋ごみ監視キャンペーンでドローンや航空機によって撮影された大量の海面画像と、既知の浮遊物を用いた実験研究により、遠隔から浮遊する海洋マクロごみを80%の精度で検出する新しいアルゴリズムを開発し、テストすることができました」
このツールは画像を個別に分析したり、さまざまなセグメントに分けてそれぞれのごみの数を数え、密度を評価したりできます。このシステムはこの分野の専門家が利用できる公開のウェブアプリケーションですが、チームはプロセスを完全自動化するため、ドローンで動作するバージョンの開発を計画しています。
「自動航空撮影と分析アルゴリズムを組み合わせる方法は、この種の汚染物質を監視・研究するためのより効率的な手順です」
