Нейросеть различила шесть классов снежинок — Naked Science
6 минут
Редакция

Нейросеть различила шесть классов снежинок

Швейцарские ученые разработали компьютерный алгоритм, который способен автоматически распознавать шесть классов твердых атмосферных осадков с точностью до 95 процентов.

giphy
©Wikipedia

Понимание микрофизики гидрометеоров важно для оценки атмосферных осадков, в частности их количества. Сейчас такая оценка проводится путем дистанционного зондирования Земли, например с помощью космических спутников, и математического моделирования — численного прогноза погоды (NWP). При этом точность методов зависит от полноты данных о микроструктуре дождевых капель или снежинок — морфологии, размера, массы, агрегатного состояния, — их сбором занимаются поляриметрические метеорадары или бортовые датчики самолетов. Однако существующие системы, как правило, не позволяют быстро типизировать гидрометеоры и являются дорогими в обслуживании.

 

Более перспективными для анализа метеоданных считаются технологии на основе метода главных компонент (PCA) и искусственных нейросетей. Так, согласно прошлым работам, подобные алгоритмы могут автоматически классифицировать облака с точностью свыше 80 процентов. Получить высококачественные изображения гидрометеоров, в свою очередь, позволяют мультиракурсные камеры для съемки снежинок (Multi-Angle Snowflake Camera, MASC). Эти системы оснащены тремя камерами, расположенными под углом 36 градусов, с разрешением 33 микрометра на пиксель. В ходе съемки MASC делает монохромные стереографические снимки объектов размером 100–100 000 микрометров.

 

Классы снежинок / ©Christophe Praz et al., Atmospheric Measurement Techniques, 2017

 

В новой статье исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны и Федерального ведомства по метеорологии и климатологии (MeteoSwiss) описали технологию автоматизации анализа изображений, сделанных с помощью MASC. На первом этапе авторы собрали более двух миллионов снимков снежинок в Альпах и на базе французской научной антарктической станции Дюмон Д’Юрвиль в 2600 километрах от Южного полюса. Затем в полуавтоматическом режиме они оценили текстуру, морфологию и форму гидрометеоров, выявив закономерности: в частности, прямоугольные узоры были характерны для столбчатых кристаллов, тогда как у плоских они имели гексагональную форму, а у крупы — коническую.

 

Поскольку снимки были сделаны наземными камерами и включали в себя не все возможные образцы, ученые упростили десятиклассовую типизацию метеорологов Чожи Магоно (Chōji Magono) и Чунг Ву-Ли (Chung Woo Lee), известную с 1966 года. В результате они получили шесть классов снежинок: малые частицы (SP), столбчатые кристаллы (CC), планарные кристаллы (PC), сочетающие столбчатые и планарные кристаллы (CPC), агрегаты (AG) и крупы (GR). После этого группа создала алгоритм, который обучала методом мультиноминальной логистической регрессии (MLR) на 3712 снимках. Последующие испытания показали, что алгоритм хорошо справляется с распознаванием 94,7 процента снежинок, в том числе подтаявших.

 

По словам авторов, показатель можно увеличить за счет тренировки нейросети на большем количестве данных. Примечательно, что частота выпадения разных классов гидрометеоров оказалась связана с регионом: около половины (49 процентов) снежинок в Альпах исследователи отнесли к агрегатам, меньше — к малым частицам и крупе. В Антарктиде, согласно классификации, преобладают малые частицы (54 процента) и наблюдается меньше агрегатов и крупы. Также любопытно, что «звездные дендриты», часто ассоциирующиеся с «идеальными» снежинками, встречались одинаково редко: для Антарктиды и Альп этот показатель составил пять и десять процентов соответственно.

 

Статья опубликована в журнале Atmospheric Measurement Techniques.

 

Видеосюжет об исследовании / ©EPFL

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 12:41
31 минута
Николай Цыгикало

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

Вчера, 17:16
4 минуты
Мария Кривоченко

Разработать варианты крылатого пилотируемого космического корабля поручил глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин. Предполагается, что аппарат будут строить по типу орбитального корабля «Буран», который использовался в СССР.

Позавчера, 20:22
5 минут
Денис Гордеев

Новая система работает в любых атмосферных условиях — при дожде, ветре и большом количестве пыли в воздухе.

Позавчера, 12:41
31 минута
Николай Цыгикало

Трагическая новость о взрыве огромной силы в Бейруте, занявшая первые строчки новостных ресурсов, вызывает естественные вопросы: как это могло произойти, что там взорвалось, в силу каких факторов возможны подобные происшествия? Чтобы разобраться, взглянем пристальнее на свойства аммиачной селитры и связанные с ней опасные моменты.

Позавчера, 20:22
5 минут
Денис Гордеев

Новая система работает в любых атмосферных условиях — при дожде, ветре и большом количестве пыли в воздухе.

3 августа
4 минуты
Сергей Васильев

Микроскоп с высокоскоростной камерой и компьютерное моделирование показали, что сперматозоиды плавают не за счет боковых движений хвоста, а быстро вращаясь всем телом.

22 июля
66 минут
Александр Березин

С 2064 года численность людей начнет сокращаться — и этот процесс может быть необратим. Один из авторов соответствующей научной работы прямо указывает: если ничего не изменится, через несколько веков человечество вымрет. Однако есть вещи и похуже вымирания. Куда вероятнее иной сценарий: мир будет заселен теми, кто сможет размножаться в новых культурных условиях. К сожалению, значительная часть современных европейцев, американцев и, возможно, других народов будут вытеснены с первых страниц истории. Вдобавок те, кто победят в этой непростой борьбе, нам, сегодняшнему населению Земли, могут сильно не понравиться. Попробуем разобраться почему.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

12 июля
28 минут
Илья Ведмеденко

Программа ПАК ДП (перспективный авиационный комплекс дальнего перехвата) привлекает к себе все больше внимания. Разберемся, что это такое и появится ли у России новый боевой самолет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: