24-26 мая команда проекта «Люди науки» совместно с Университетом ИТМО и «Мегабайт Медиа» провели Школу гражданской науки. Три дня, 18 спикеров и множество вопросов, о которых успели поговорить. Теперь хотим подвести итоги и рассказать о том, как инструменты гражданской науки применяются в разных отраслях. Первый наш герой — Павел Салюк, заведующий Лабораторией спутниковой океанологии и лазерного зондирования ТОИ ДВО РАН.

Павел и команда совместно с Дальневосточным отделением РАН и университетами Владивостока создали консорциум, в ядре которого — система общественного экологического мониторинга. Они привлекают волонтеров к решению важных задач — как научных, так и природоохранных. Сейчас у консорциума четыре направления работы — исследования воздуха, моря, рек/озер и леса. Для каждого из них используются разные подходы, но наибольший упор ученые делают на инструментальном. Что это значит?

«Сейчас много возможностей развивать гражданскую науку, потому что у всех уже есть универсальный прибор для проведения исследований — это смартфон. С его помощью можно собирать много разных материалов, а если использовать специальные приложения или внешние девайсы, например, линзы для камеры смартфона, можно получать данные высокого качества. Также можно участвовать в онлайн-исследованиях: например, анализировать космические снимки», — отмечает Павел.

Рассказывая о проекте по экомониторингу рек, Павел провел аналогию со станциями юных натуралистов, которые были широко распространены в СССР. Сегодня же ученые вместе со школьниками ходят к речкам и изучают соотношение всевозможных организмов, которые там живут. Дело в том, что разные организмы имеют разную устойчивость к загрязнениям. То есть по тому, каких организмов в реке найдено больше, можно сделать первичный вывод о том, загрязнена река или нет. Для детального наблюдения исследователи обычно используют сачки и сетки, но это не всегда обязательно: даже если подойти к реке, приподнять камень в воде и сфотографировать обнаруженные организмы, можно уже сделать вклад в науку — эти данные могут стать основой для дальнейшего изучения реки.

Павел привел в пример экокатастрофу на Камчатке в 2020 году: «Одна из гипотез, почему это произошло — поступление загрязняющих веществ в реки. Но доказать ее было проблематично, потому что когда ученые прибыли для исследования загрязнений, река уже была очищена, а время упущено. Если бы на Камчатке был развит волонтерский экомониторинг, уже в момент экокатастрофы мы могли получить первичные данные и сделать вывод о том, было загрязнение или нет. Все, что нужно было бы сделать волонтеру — прийти к реке и изучить соотношение организмов в воде. Это дало бы ученым огромное преимущество и отмело или подтвердило гипотезу о поступлении ядовитых веществ из рек».

Самое важное в таких наблюдениях — это их оцифровка. Ученые формируют большие базы данных на серверах, а потом используют их для машинных вычислений. Для удобства передачи данных, их хранения и использования, команда Павла разрабатывает мобильное приложение. Сейчас это приложение тестируется и проходит проверку на удобство и быстроту работы.

Скриншот презентации лекции Павла Салюка на Школе гражданской науки

Помимо приложения, команда Павла разрабатывает датчики и насадки на камеры смартфонов, чтобы волонтеры могли передавать данные высокого качества. Для объяснения важности таких разработок он привел пример:

«Мы анализируем загрязнения на морской поверхности и слики. Слики — это такие выглаживания на воде. Они могут возникать по разным причинам: внутренние волны, нефтяные разливы, цветение фитопланктона и др. Может показаться, что раз у нас есть данные со спутников, мы всегда можем точно отследить возникновение таких сликов и потом исследовать их причину, но это не так. У нас был случай, когда очевидцы видели нефтяной разлив несколько лет назад, но этого не было видно ни на оптических, ни на радиолокационных спутниках. Почему так? Оптические не засекли, потому что в день разлива были облака, а данные с радиолокационных спутников очень дорогие. Бесплатные же делают снимки с большим интервалом и поэтому загрязнений на них не было. К тому же для радиолокационных спутников важно направление ветра и это очень много переменных для постоянного мониторинга. То есть для успешного выявления загрязнений нам пока не обойтись без общественного мониторинга. Для того, чтобы волонтеры могли фиксировать такие загрязнения, мы разрабатываем насадки с поляризационными линзами, которые крепятся на объектив смартфона. Благодаря качественным фото мы можем не только обнаруживать сами загрязнения, но и делать выводы об их причине».

Кроме того, команда Павла разрабатывает насадки на городские веб-камеры. Такие уже установлены на камерах возле базы их института. Они позволяют получать качественные данные в онлайн-режиме, а поляризационные линзы делают картинку более контрастной и на ней можно обнаруживать больше деталей.

Помимо работы в поле, добровольцы нужны и для онлайн-исследований. Вместе с «Люди науки» Павел и его коллеги запустили два проекта по анализу космических снимков, на которых волонтеры ищут в одном случае — внутренние волны, а в другом — пылевые бури. Новизна первого исследования в том, что внутренние волны определяются по цвету моря, а не по радиолокационным снимкам. И как и в исследовании пылевых бурь, полноценных алгоритмов автоматического определения таких явлений все еще не существует. Известно много случаев, когда детали, которые похожи на искомые объекты, на самом деле оказываются ложными. Поэтому прежде чем обучать алгоритм, нужно сформировать базу данных, проанализированную человеком. Волонтер в данном случае выступает как эксперт: он обучается на примере инструкции и отсеивает изображения, на которых нет искомых объектов, отвечая на вопросы с вариантами ответов «Да/Нет». 

Скриншот задания в проекте «Путешествие по внутренним волнам» на платформе Experion

«Пока мы только стремимся к идеалу, и его нелегко достичь, но микс разных подходов и инструментов может помочь. Мы стараемся выстраивать широкие сети коммуникации с волонтерами: через НКО, школы и заинтересованные сообщества. Стремимся к формулированию таких задач для волонтеров, которые действительно решали бы какие-то научные проблемы, а не только были бы кейсом для популяризации науки или привлечения в науку молодежи. Нам важно, чтобы это работало во всех направлениях и было полезно как общественности, так и ученым», — подвел итоги Павел.

Это был обзор на выступление Павла Салюка в рамках Школы гражданской науки. Видеоверсию лекции можно посмотреть по ссылке.

Проект «Люди науки» — Победитель Международной Премии #МыВместе