В Китае создали ИИ для прогноза опасного цветения водорослей за трое суток

Ученые разработали систему искусственного интеллекта BloomNet для раннего предупреждения о вредоносном цветении водорослей в пресноводных водоемах. В отличие от многих существующих моделей, которые выдают один усредненный прогноз, новая система оценивает ситуацию сразу в нескольких сценариях и показывает, насколько высока вероятность опасного развития событий в ближайшие часы и дни.

Проблема цветения водорослей для экологии и водопользования становится все более заметной. Такие явления учащаются на фоне потепления климата, эвтрофикации водоемов, сельскохозяйственного стока, аквакультуры и сброса сточных вод. Когда цветение уже стало заметным визуально, вмешательство часто оказывается дорогим, запоздалым или малоэффективным. Поэтому ключевое значение имеет именно раннее предупреждение.

BloomNet обучали на данных мониторинга озера Датун в китайской провинции Хунань — это эвтрофный пресноводный водоем. Для анализа использовались почасовые данные за период с января 2019 года по октябрь 2022 года, включая плотность водорослей и десять показателей качества воды, среди которых температура воды, содержание хлорофилла-а, растворенный кислород, общий фосфор, общий азот, мутность и pH. Система строит прогноз на 24, 48 и 72 часа вперед и одновременно формирует вероятностные оценки, соответствующие 10-му, 50-му и 90-му процентилям. Это позволяет отделять обычную ситуацию от повышенного и высокого риска.

По данным авторов, BloomNet показала лучшие результаты по сравнению с рядом распространенных архитектур машинного обучения, включая классическую LSTM-модель, Transformer и temporal convolutional network. При прогнозе на 24 часа средняя абсолютная процентная ошибка составила 25,7%, а на горизонте 72 часов модель сохранила наименьшую ошибку среди протестированных вариантов — 34,6%. При этом система не только делает прогноз, но и помогает понять, какие факторы в данный момент играют ключевую роль. Исследователи отмечают, что в краткосрочной перспективе наибольшее значение имеет температура воды, тогда как на более длинном горизонте возрастает влияние питательных веществ, прежде всего общего фосфора.

Практическая ценность разработки в том, что она может дать водохозяйственным службам дополнительное время для реакции: усилить наблюдение, подготовить меры по ограничению последствий или скорректировать режим управления водоемом. Авторы считают, что такой подход позволяет перейти от реакции на уже случившееся цветение к более точному и управляемому предупреждению экологических рисков.