Исследователи из Google AI при помощи машинного обучения нанесли на карту Африки 516 млн зданий
Специалисты по искусственному интеллекту (ИИ) из Google AI с использованием машинного обучения разметили почти весь африканский континент, выделив на нём местоположение, размеры и другую информацию о 516 млн жилых домов и других строений. База создавалась с использованием спутниковых фотографий, и уже выложена в открытый доступ под названием Open Buildings. Детали распознавания подробно описаны в работе, выложенной на сайте arXiv.
Целей подобной разметки домов на карте может быть много — оценка количества жителей, планирование развития городов, развитие наук об окружающей среде, гуманитарные миссии. После какого-нибудь стихийного бедствия властям нужно прикинуть, сколько домов пострадало. В идеале для таких вещей требуется база данных с актуальными сведениями, полученными во время переписи. В реальности подобные данные быстро устаревают, а то и вовсе не собираются. Тогда альтернативным источником информации может послужить база с данными о местоположении зданий и плотности застройки.
Спутниковые фотографии — идеальный материал для сбора подобных данных, однако автоматический сбор информации при помощи систем компьютерного зрения сопряжён с определёнными трудностями. Компьютер не всегда может правильно распознать здания на снимках, сделанных из космоса, даже при высоком (30–50 см на пиксель) разрешении. Проблем распознаванию также доставляют неформальные поселения, дома, сливающиеся с окружением из-за использования природных материалов, а также природные образования, похожие на дома.
Слева сверху по часовой стрелке: пруды, камни, заборы, транспортные контейнеры.
Применив машинное обучение, исследователи собрали базу из 516 млн зданий почти по всему африканскому континенту. База устроена так, что подойдёт для нескольких видов использования в практических, научных и гуманитарных целях — от реакции на катастрофы до демографической разметки и планирования.
Для построения обучающего набора данных исследователи вручную разметили порядка 1,75 млн зданий на более чем 100 000 изображениях. Пример разметки приведён на фото ниже.
Учитывались особенности африканского континента, которые могут запутать компьютер. К примеру, в сельской местности нужно было описывать различные типы жилья и отличать их от природных объектов. В городах нужно было разработать свои правила разметки для очень плотной застройки или длинных структур.
На примере 1) показана группа строений, сочетающая в себе как жилые дома, так и пристройки типа магазинов. Пример 2) — фото круглого дома с соломенной крышей, который машине трудно отличить от дерева. Тут нужно учитывать наличие тропинок, очищенных от растительности участков и теней. 3) — пример нескольких стоящих вместе зданий, которые трудно разграничить.
Обучение модели шло «снизу вверх», когда каждый пиксель относят либо к зданию, либо не к зданию, а потом пиксели группируются. Распознавание работало при помощи популярной для разбора спутниковых снимков модели U-Net.
