Искусственный интеллект поможет обнаруживать неэкологичные автомобили

Транспорт ответствен за более чем 24% глобальных выбросов СO2 в 2016 году. Такие данные приводит Институт мировых ресурсов. Наибольший вклад в загрязнение воздуха вносит дорожный транспорт. В некоторых странах принимают меры для снижения воздействия автомобилей на окружающую среду: создают экологически чистые зоны, куда не могут заезжать старые машины, или заставляют автовладельцев регулярно проходить экологический контроль. Например, в США существуют программы Emissions Inspection and Maintenance Programs (I/M). Их задача — вывести из эксплуатации автомобили низких экологических классов. Но такие проверки не всегда эффективны, требуют затрат и могут отнимать у водителей много времени. Исследователи из Университета Карнеги — Меллона предлагают упростить процесс осмотра с помощью технологии искусственного интеллекта (ИИ).

В США в середине 1950-х годов начали разрабатывать закон «О чистом воздухе» (Clean Air Act), направленный на снижение уровня загрязнения воздуха по всей стране. В 1990 году к закону приняли поправки, в которых устанавливались более жесткие требования к выбросам загрязняющих веществ от легковых автомобилей и грузового транспорта. В соответствии с этими поправками владельцы автомобилей в наиболее загрязненных районах страны должны регулярно проходить проверки I/M. Сейчас программы мониторинга действуют в 31 штате, включая Калифорнию, Иллинойс, Луизиану, Мэн, Нью-Йорк, Орегон и другие.

В большинстве штатов мониторинг проводится с помощью бортовой системы диагностики второго поколения (англ. — on-board diagnostics, OBD II). Это внутреннее программно-аппаратное оборудование, контролирующее работу силовой установки автомобиля и связанной с ней выхлопной системы. В частности, OBD II может обнаруживать неисправности, способные привести к превышению допустимых показателей по выбросам загрязняющих веществ. На наличие ошибок указывает световой индикатор «Проверка двигателя» (Check Engine). Если он загорается, это может говорить о серьезных проблемах с двигателем, коробкой передач и другими важными элементами системы. В этом случае необходимо как можно быстрее обратиться к специалистам по техническому обслуживанию. Если же индикатор мигает, значит, проблема менее серьезная: плохо затянута крышка бензобака или не работает датчик кислорода (помогает контролировать расход топлива и снижать тем самым объем выбросов вредных веществ. — Прим. Plus-one.ru).

Как отмечают ученые из Университета Карнеги — Меллона, результаты мониторинга на базе OBD II в 50% случаев могут отличаться от результатов «физических» тестов, когда состав выхлопных газов определяется с помощью специальных устройств — газоанализаторов. Эксперты привлекают внимание и к оснащению автомобилей проприетарным программным обеспечением (компания может модифицировать настройки на свое усмотрение. — Прим. Plus-one.ru). Так делают некоторые производители, чтобы занижать показатели по выбросам. Например, в 2015 году выяснилось, что таким ПО оборудованы более 11 млн автомобилей производства немецкой компании Volkswagen по всему миру. Автоконцерн признал вину и до 2021 года должен выплатить штрафы и компенсации на сумму более €30 млрд ($35 млрд).

Чтобы решить проблему, исследователи разработали новый метод обнаружения неэкологичных транспортных средств. Статья ученых опубликована в журнале IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. Они предлагают отправлять информацию с бортовых систем диагностики на облачный сервер, контролируемый местными властями. Данные будут обрабатываться с помощью различных методов машинного обучения. Один из них — логистическая регрессия, статистический метод, используемый для прогнозирования вероятности события. Второй — градиентный бустинг, позволяющий собрать одну сильную модель из нескольких слабых. Владельцев автомобилей, показатели которых будут выбиваться из общего тренда, будут приглашать на очный осмотр. Большинству же водителей проходить мониторинг не придется. Исследователи сообщили, что их метод позволяет обнаружить потенциальных загрязнителей на 24% более точно, чем мониторинг с использованием OBD II. По их мнению, технологии ИИ сэкономят автовладельцам время и деньги и помогут лучше контролировать объемы выбросов загрязняющих веществ.

Потенциал использования ИИ в области экологического мониторинга

Директор Института экономики транспорта и транспортной политики НИУ ВШЭ Михаил Блинкин отмечает, что благодаря «весьма аккуратному исполнению» закона Clean Air Act в США за последние 30 лет действительно сократился уровень загрязнения воздуха. Еще более впечатляющих результатов по снижению выбросов, по словам эксперта, добились страны Западной Европы и некоторые страны Юго-Восточной Азии — например, Сингапур. Однако к «обывательским восторгам по поводу искусственного интеллекта» Михаил Блинкин относится крайне скептически. Главным в этом вопросе, по его словам, является не технический, а институциональный аспект.

«Дело совсем не в том, чтобы каким-то интеллектуальным способом выявить автомобили с особо скверными выбросами, но в том, чтобы заранее вывести из эксплуатации всех потенциальных нарушителей, — объясняет он. — В богатых странах с ВВП по паритету покупательской способности порядка $40 тыс. на душу населения и выше такая практика внедряется без проблем. В небогатых странах — увы! К примеру, даже в Москве, не говоря уже о провинциальных городах, порядка 30% автомобилей — класса Евро-2 (один из самых низких экологических классов. — Прим. Plus-one.ru) и ниже. Вывести из эксплуатации все эти „ведра с гайками“ невозможно по социально-политическим причинам. Понятно, что владельцы таких автомобилей в основной своей массе — пенсионеры и горожане с низкими доходами. Никакая власть не станет с ними ссориться».

Со специалистом соглашается директор Центра исследований транспортных проблем мегаполисов НИУ ВШЭ Константин Трофименко. По его словам, повсеместному использованию технологии ИИ мешают технические трудности — это в том числе проблемы обработки массивов больших данных и их очистки от информационного шума, а также большая доля автомобилей низких экологических классов. Но они, по прогнозу эксперта, исчезнут за 5–10 лет благодаря научно-техническому прогрессу. Вторым серьезным препятствием служат организационные и правовые вопросы: нежелание автомобилистов раскрывать личные данные и несовершенство механизмов передачи и хранения таких данных. Специалист уверен, что с этими проблемами нужно целенаправленно работать, причем в условиях России на федеральном уровне.

«Задача именно искусственного интеллекта, в отличие от информационной системы, состоит не только в том, чтобы мониторить ситуацию, но и в том, чтобы воздействовать на эту ситуацию, — говорит Константин Трофименко. — В этом плане потенциал использования ИИ в данной сфере еще не ясен. Он станет понятнее, когда более отчетливо будут видны контуры „подключенной“ транспортной системы, где все транспортные средства вместе с их параметрами будут двигаться, координируясь с помощью общей системы управления движением. Одним из ее элементов станет ИИ-блок оптимизации нагрузки на окружающую среду».