ИИ заглянул в бездну: в России создали программу для исследований океанского дна

Завершились испытания программно-аппаратного комплекса (ПАК) "OpenSeaGeo", уникального российского проекта по исследованию океанских глубин.

А началось всё полтора века назад. В 1873 году британский корабль "Челленджер" отправился в первую в мире океанографическую экспедицию. Неподалёку от Канарских островов исследователи, подняв пробы грунта со дна Атлантики, обнаружили нечто странное: оказывается, песчаное ложе буквально усеяно чёрными бугристыми камешками, похожими на яйца дракона.


Изучив состав, внутри каждого невзрачного "яйца" учёные нашли настоящие сокровища. Марганец, железо, кобальт, никель, медь и цинк. Тогда никто не знал, да и до сих пор спорят, как и почему образуются эти отложения. Одно было ясно: в глубинах их очень и очень много. Назвали находку "железомарганцевые образования" (ЖМО).


В 20 веке, когда технические возможности исследований морских бездн возросли, был открыт ещё один вид донных сокровищ – глубоководные полиметаллические сульфиды (ГПС). Эти отложения образуются вокруг как называемых "чёрных курильщиков".

За зловещим названием скрываются вполне безобидные и даже полезные явления: они состоят из остывающей лавы и похожи на дымовую трубу, из которой выбрасывается поток горячей воды. Вокруг таких трубок живут виды растений и животных, которые не встречаются больше нигде в океане. Экологам есть, в чем разобраться.

А вот геологов особенно заинтересовали собственно минеральные отложения. И здесь при проведении анализов опять открылись пещеры Аладдина: медные, цинковые руды с высоким содержанием золота и серебра. Причем концентрация золота в 10 раз превышает показатели любых месторождений на суше!

Большинство таких подводных полей расположены на большой глубине в несколько тысяч метров и лежат за пределами территориальных вод (Тихий океан, кстати говоря, ими особенно богат по сравнению с Атлантическим). Поэтому в ООН был создан особый Международный орган по морскому дну (МОМД), чтобы следить за охраной окружающей среды в глубинах, а заодно и распределить контракты на исследования, разработку и добычу между разными странами.

Орган включает экспертов из 167 стран. Да, желающих поживиться сокровищами немало, но к настоящему моменту МОМД одобрил только несколько десятков проектов по подводной разведке и добыче ценных руд. А ещё эти лицензии нужно регулярно продлевать, доказывая, что страна-претендент проводит качественную геологоразведку.

Россия, обладая большим научным и техническим потенциалом для такого рода исследований, разумеется, принимает самое активное участие в поисках донных месторождений (или, как их называют, "рудных полей"). Наши океанологи ведут сонарную и телевизионную съёмки, гидрофизическое зондирование и отбор проб.


Стоит ли игра свеч? Судите сами. По самым приблизительным расчётам, железомарганцевые запасы мирового океана могут достигать 300 млрд. тонн. Запасы сульфидных руд оцениваются в 600 млрд. тонн.

Это количественные оценки, а вот немного цифр о качестве руды. Содержание марганца подводных отложениях в 10 раз превышает запасы на суше, кобальта – в 6 раз, никеля – в 3 раза. Наряду с основными металлами, подводные руды содержат ряд редких элементов: молибден, ванадий, цирконий, мышьяк и теллур, спектр применения которых ежегодно расширяется.

Итого мы имеем почти триллион тонн богатейшей руды, которая имеет все шансы на столетия насытить нужды мировой промышленности.

Нужд немало. С начала промышленной революции потребление минеральных ресурсов планеты растёт такими темпами, что в ближайшие века человечеству не хватит даже всех запасов Солнечной системы. Мы дошли до той точки, когда многие доступные месторождения суши почти исчерпаны.

Кроме всего прочего, многократно возросли экологические требования к эксплуатации наземных месторождений. Иными словами, добывать ресурсы на суше всё сложнее и дороже, а руда при этом становится всё хуже по качеству. Вот почему промышленно развитые страны так интересуются морскими сокровищами.

Россия уже разведала крупнейшие в мире подводные залежи полиметаллических руд, содержащие высокие концентрации меди и золота. И это только начало грандиозных проектов по освоению морских минеральных богатств.

Следующий этап – точная оценка запасов на каждом конкретном участке для каждой из стран-участниц МОМД. Но это – задача не из лёгких.

Во-первых, донные залежи часто находятся в труднодоступных районах, где не всякий аппарат даже нашего времени сможет работать устойчиво и надёжно.

Во-вторых, современные подводные технологии ограничены по времени и глубине погружения, а получаемая по результатам исследований информация порой сложна для интерпретации. Анализировать геологические структуры морского дна приходится, имея на руках далеко не полный комплект данных и опираясь на различные косвенные признаки.


Ценный источник знаний для геологов – видеосъёмка, проводимая в ходе фототелевизионного профилирования морского дна. Чаще всего это трудоёмкая работа для специалиста, который сидит и отсматривает многие часы подводной съемки. Обработка огромных видеомассивов вручную требует и времени, и немалых усилий, да и субъективный фактор никто не отменял.

Автоматизация просто напрашивается. На помощь приходят системы искусственного интеллекта (ИИ) и методы компьютерного зрения. Если научить машину распознавать геологические объекты на видеопотоке, скорость и качество анализа вырастают на порядок: итоговые карты формируются заметно быстрее, а человеческая ошибка отходит на второй план.

Именно так работает выпущенный российскими специалистами, уникальный программно-аппаратный комплекс (ПАК) "OpenSeaGeo". Комплекс уже прошёл испытания на борту исследовательских судов, подтвердив свою эффективность и готовность к эксплуатации в рамках программ МОМД.

Его возможности как раз не на грани, а за гранью фантастики:

• Постоянный приём и обработка видеоданных, поступающих с глубоководной камеры с высоким разрешением.
• Автоматическое распознавание на видео ключевых геологических объектов — как в реальном времени, так и по архивным записям, с использованием ИИ.
• Вычисление координат, площади и плотности распределения найденных объектов.
• Мгновенное построение карт-схем распределения полезных ископаемых в режиме реального времени, что, примерно, в двадцать раз быстрее традиционных методов
• Автоматическое составление электронных журналов и итоговых отчётов прямо по результатам анализа.

В основе этого "электронного океанолога" – одна из самых современных архитектур компьютерного зрения – YOLOv7, специально доработанная под подводные условия. Эта модель удивляет сочетанием скорости (до 60 кадров в секунду на видеокарте уровня NVIDIA GeForce RTX 3090) и точности: система уверенно различает нужные детали даже там, где подсветка слабая, вода мутная, а фон – непростой.

Для хранения и управления данными в ПАК "OpenSeaGeo" создана специализированная база данных: здесь всё структурировано и упорядочено – от метаданных каждого видео и перечня классов геологических объектов до координат найденных образований и масок детекций для каждого кадра.


Аппаратная часть представляет собой герметичный глубоководный бокс, в котором размещена камера SONY ILCE‑7SM3 с профессиональной оптикой, блоком сжатия и оцифровки видеосигнала, а также модулями передачи HDMI по IP и USB по IP. Устройство подключается к судну через грузонесущий кабель и обеспечивает видеопоток в разрешении 3840×2160 при частоте 60-120 кадров в секунду, что делает его пригодным для высокоточной подводной съемки.


Такой подход меняет представление о геологоразведке: теперь автоматизация анализа не только ускоряет работу, но и обеспечивает высокую точность. Минимум шансов для человеческих ошибок, а значит, и рискованных выводов.


В условиях роста запросов промышленности и ужесточения экологических требований именно освоение океанских ресурсов становится залогом процветания стран-лидеров. Сегодня Россия уверенно доказывает свою способность не только идти в ногу с мировыми лидерами, но и опережать их в самых смелых технологических проектах.

ООО "Биогеохаб" – российская компания, специализирующаяся на разработке программных решений для интерпретации подводных фото- и видеоданных. Основное направление деятельности – применение технологий искусственного интеллекта для анализа морского дна, поиска полезных ископаемых, управления робототехническими системами и автоматического картирования ландшафтов с распознаванием донной биоты.

В своих проектах компания использует современные нейросетевые архитектуры, включая YOLO4, PP-YOLO, Unet, DeepLab-v3, SUIM-Net и другие, обеспечивая высокую точность распознавания даже в сложных условиях. Биогеохаб оказывает услуги по количественной оценке и картированию геологических и биологических объектов, включая промысловых моллюсков и подводные экосистемы. Научная команда компании сформирована на основе специалистов из СПбГУ и МГУ, объединяя математиков, биологов, геофизиков и геологов. Компания активно реализует проекты в различных регионах, в том числе в труднодоступных морских акваториях.

Океаны скрывают бесценные богатства, а отечественные IT-разработчики находят ключи к этим сокровищам, совмещая научную дерзость и блестящие инженерные решения. Российский искусственный интеллект на службе морской геологоразведки открывает новые горизонты – это не просто вклад в науку, а вклад в будущее страны и мировой цивилизации.

Текст: Ольга Деридович
Заглавное фото: компания "Биогеохаб" на VIII Международной геолого-геофизической конференции "ГеоЕвразия-2025". Автор: Евгений Пен