Teadlased kasutavad Ukraina sõja keskkonnamõjude hindamisel Eesti ettevõtte tarkvara
26. mai 2022, 12:50
/nginx/o/2022/05/26/14577984t1h8403.jpg)
Ukraina sõda on pööranud kosmoses lendavate satelliitide pilgud Ukrainale ning luuresatelliitidega seiratakse operatiivselt infrastruktuuri ja vägede liikumist. Vähem teada on asjaolu, et satelliitide abil hinnatakse ka sõja mõju loodusele ning et selles tegevuses mängib olulist rolli Eesti IT-ettevõtte loodud tarkvara, mis võimaldab satelliidipilte kiiresti töödelda ja kogutud kaugseireandmete põhjal hinnata sõja tagajärgi keskkonnale.
Lahingutegevuse tõttu kannatavad tugevalt Ukraina majanduse alustalad – põllumajandus ja metsandus, mistõttu on kosmosesatelliitidega kogutud info strateegiliselt vajalik mitte ainult Ukrainale, vaid kogu maailmale. Aeg on seejuures kriitiline faktor: andmeid tuleb koguda ja töödelda kiiresti.
AS CGI Eesti ja Euroopa kosmoseagentuur on koos välja arendanud satelliidipiltide töötlemise vahendid, mis kasutavad töötluse kiirendamiseks graafikakaartide ehk GPU-de (graphical processing unit – GPU) paralleeltöötlusvõimekust. Muul juhul kasutatakse GPU-sid eelkõige suurt arvutusvõimsust vajavates protsessides, näiteks masinõppealgoritmide treenimisel ja krüptovaluuta kaevandamisel.
Euroopa Komisjoni algatatud Copernicuse programmi Sentinel-satelliidid, mida Ukrainas kaugseirel kasutatakse, võimaldavad operatiivselt andmeid koguda ja töötlusalgoritmide abil tuvastada maakasutuse viise ja muutusi, põllukultuuride tüüpe ja hinnata taimestiku tervist. Muutuseid saabki seirata tänu satelliidipiltide tihedatele aegridadele.
Seega on võimalik väga täpselt ja operatiivselt jälgida Ukraina sõja mõju riigi metsataristule, põllukultuuride kasvule ja viljakusele 2022. aasta kevadel ning prognoosida edasist saagikust ja metsainventari mahtu. Mõlemad näitajad on Ukraina puhul väga olulised: Ukraina riik hõlmab 60 miljoni hektari suurust ala, millest koguni 42 miljonit hektarit on puhtalt põllumaa.
Ukraina olulised ekspordiartiklid on nisu- ja odrajahu, päevalilleseemned ja -õli, mais ja suhkrupeet, kuid sõjaga kaasneva Mustal merel toimuva blokaadi tõttu on põllumajandustoodangu eksport märkimisväärselt piiratud. Ukraina toiduainete ekspordi vähenemise pärast kannatavad ÜRO toidu- ja põllumajandusorganisatsiooni hinnangul enim arengumaad, eelkõige Aasia ja Vaikse ookeani piirkond ning Lähis-Ida ja Aafrika riigid. Teine sõjaga kaasnev negatiivne keskkonnamõju on metsa hävimine. Väidetavalt rahastab Venemaa Ukraina aladelt saadava puidu müügist oma sõjatööstust.
Aja- ja andmemahukas töö
Satelliidiandmed on täpsed ja vajalikud, kuid nende miinuseks on mahukus ja aeganõudev töötlemine. Näiteks radarsatelliidi Sentinel-1 ühe toorpildi maht on kokku pakituna 7 GB ning see katab umbes 250 x 250 kilomeetri suuruse ala. Seega on Ukraina territooriumist ühe komposiitpildi saamiseks vaja ligikaudu 10 toorpilti. Sentinel-1 pildistab umbkaudu nädalase intervalliga, nii et ühe aasta andmete tootmiseks on vaja majutada ja töödelda umbes 520 pilti. Puhtalt toorandmete majutamiseks vajalik andmemaht on 3,6 TB.
Et andmetest infot sünteesida, on vaja toota vaheprodukte, mis tähendab, et andmemaht, mida töötluse käigus vajatakse, võib olenevalt kasutatavatest algoritmidest kahe-, kolme- või viiekordistuda. Tavaliselt kulub ühe radarsatelliidi pildi toorandmetest kasuliku informatsiooni kättesaamiseks umbes pool tundi puhast töötlusaega.
Lihtne arvutus näitab, et tervet Ukraina territooriumi hõlmavate ühe kalendriaasta andmete ehk aegrea läbitöötamiseks kuluks tavapäraste vahenditega ligikaudu 260 tundi ehk veidi üle kümne ööpäeva ning alles seejärel saaks saadud andmestiku põhjal teha järeldusi maakasutuse muutuste ja põllukultuuride kasvatamise kohta. See töötlusaeg on ebamõistlikult pikk ja võib venida veel pikemaks, kui töö käigus tuleb muuta töötlusparameetreid ning siis tervet aegrida uuesti töödelda.
Eesti arendajate panus
CGI Eesti kosmosemeeskonna juhi Martin Jüssi sõnul on CGI Eesti arendajad Sentinel-1 satelliidipiltide töötluses saavutanud umbes 40-kordse kiirenduse, mis võimaldab teoreetiliselt kogu Ukraina aastase Sentinel-1 andmemahu töödelda ära kümne päeva asemel vaid 6,5 tunniga.
«Sellisel kiirusel töödeldud andmete abil on võimalik infot oluliselt operatiivsemalt analüüsida ja seeläbi ka kiirelt vajalikke otsuseid vastu võtta,» märgib Jüssi. CGI Eesti loodud tarkvara võtsid kasutusele Euroopa komisjoni teadusuuringute ühiskeskuse teadlased, kes töötavad aktiivselt selle nimel, et satelliitseireandmeid ka muude Maal toimuvate protsesside jälgimiseks ja prognoosimiseks kasutusele võtta. Teadusuuringute ühiskeskus on partner kaugseireettevõtte CloudFerro algatuses EO4UA, mille eesmärk on võimaldada kaugseireandmete abil Ukraina sõja keskkonnamõjusid hinnata.
Teadusuuringute ühiskeskuse juhtivteadlase Guido Lemoine’i sõnul saab kaugseireandmeid CGI loodud tööriistadega senisest oluliselt kiiremini töödelda ja tänu sellele kaob vajadus hoida töötlustulemusi kõvakettal. See aga võimaldab omakorda andmete majutuse pealt märgatavalt kokku hoida.
Esimesed satelliidipiltide töötlustulemused näitavad, et hoolimata sõjakoledustest töötavad Ukraina talunikud väsimatult, et kohalikele elanikele toiduvarud tagada. Pildil on Mõkolajivi piirkonnas pildistatud Sentinel-1 radarsatelliidipiltide aegrea analüüs. Pildil on eri värvidega tähistatud erineval ajal tuvastatud tegevused. Punase tooniga on põllud, mille peal toimus intensiivne põllumajandustegevus 15. ja 27. märtsi vahel, rohelisega 7. märtsi ja 8. aprilli vahel ning sinisega 8. ja 20. aprilli vahel. Mustvalgelt paistavad radaripildil piirkonnad, kus nähtavaid muutusi toimunud ei ole – Mõkolajivi linn ja Lõuna-Bugi jõgi.
Esimesed satelliidipiltide töötlustulemused näitavad, et hoolimata sõjakoledustest töötavad Ukraina talunikud väsimatult, et kohalikele elanikele toiduvarud tagada. Pildil on Mõkolajivi piirkonnas pildistatud Sentinel-1 radarsatelliidipiltide aegrea analüüs. Pildil on eri värvidega tähistatud erineval ajal tuvastatud tegevused. Punase tooniga on põllud, mille peal toimus intensiivne põllumajandustegevus 15. ja 27. märtsi vahel, rohelisega 7. märtsi ja 8. aprilli vahel ning sinisega 8. ja 20. aprilli vahel. Mustvalgelt paistavad radaripildil piirkonnad, kus nähtavaid muutusi toimunud ei ole – Mõkolajivi linn ja Lõuna-Bugi jõgi.
CGI Eesti meeskond osaleb sel nädalal Bonnis toimuval Living Planet Symposiumil, mis on iga kolme aasta tagant Euroopa Kosmoseagentuuri korraldatav Euroopa suurim kaugseirekonverents. Eestis tehtud tööriistu tutvustatakse osalejatele reedel, 27. mail suulise ettekandega.