В Ханты-Мансийске определили победителей и призеров программы «Дежурный по планете»
В ходе финальной смены сезона 2022/2023 гг. талантливые школьники разрабатывали свои проекты и соревновались в личном и командном зачете.
В Региональном молодежном центре Ханты-Мансийска с 12 по 26 апреля 2023 прошла пятая, финальная в сезоне 2022/23 космическая смена программы «Дежурный по планете». В ней приняли участие победители технологических конкурсов — школьники со всей России, всего 123 ученика из 33 регионов, в том числе 20 ребят из Ханты-Мансийского автономного округа. Участники прошли серьезный отбор: изначально на конкурсы программы поступило более 15 000 заявок из 84 регионов.
В течение двух недель команды финалистов соревновались в проектной деятельности по разным направлениям космической отрасли, таким как разработка станций приема космических данных, ракетостроение, спутникостроение, анализ и обработка космических данных, разработка геоинформационных систем и космическая робототехника.
Победители и призеры определялись по следующим трекам: «Оперативный спутниковый мониторинг», «Космическая робототехника – роверы», «Орбита-Прикладные космические системы», «Спутник», «Цифровой лесничий», «Terra Notum. Геоинформационные системы», «Terra Notum. Современное Спутникостроение», и, конечно, трек «Космическая автоматическая идентификация объектов и искусственный интеллект», который организован Санкт-Петербургским политехническим университетом при поддержке компании «Тетракуб».
От Политеха конкурс сопровождают сотрудники Высшей школы прикладной физики и космических технологий Института электроники и телекоммуникаций СПбПУ, Лабораторий «Промышленные системы потоковой обработки данных» и «Цифровое моделирование индустриальных систем» (ПСПОД) Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» и Центра по работе с абитуриентами СПбПУ.
Внутри трека «Космическая автоматическая идентификация объектов и искусственный интеллект», в котором приняли участие 17 человек, были выделены три тематических направления — автоматическая идентификация судов, искусственный интеллект и виртуальная реальность. По каждому направлению была создана команда, куда вошли школьники-финалисты в зависимости от их интереса к той или иной сфере. Работа каждой из трех команд являлась частью одного проекта, таким образом проектные коллективы не соперничали между собой, тесно взаимодействовали в решении поставленных задач, дополняя и помогая друг другу.
Проект в целом был посвящен теме использования передовых цифровых технологий для обработки информации о природных и техногенных объектах земной поверхности — водоемах и судах различного типа. В рамках проекта школьники работали со спутниковыми изображениями Земли и навигационными данными, полученными с помощью автоматических идентификационных систем (АИС). Для обработки информации они использовали технологии машинного обучения, 3D-моделирования и построения систем виртуальной реальности.
Команда по направлению ИИ должна была подготовить и провести компьютерный эксперимент по сегментации и классификации различных типов кораблей по категориям на основе данных АИС и космических изображений Земли. Для этого школьникам требовалось создать программное обеспечение на основе технологий искусственного интеллекта с использованием глубоких свёрточных нейронных сетей.
Ребята создали в Unity и распечатали для макета 3D-модели кораблей, маяков, островов и водной глади. Далее с помощью камеры и нейронной сети они распознавали на нём типы кораблей, предварительно обучив нейронную сеть на размеченных снимках. Научным руководителем группы был эксперт в области искусственного интеллекта, инженер-исследователь Лаборатории ПСПОД ПИШ СПбПУ Ярослав Хуторной.
Команда по ИИ – работа над проектом
Команда, занимающаяся разработкой программно-аппаратной части АИС, создавала свой вариант системы автоматической идентификации судов в соответствии с международным стандартом связи, причем ребята разработали как программную, так и аппаратную части.
По этому направлению со школьниками работали специалисты Высшей школы прикладной физики и космических технологий Института электроники и телекоммуникаций СПбПУ – доцент, кандидат технических наук Александр Груздев и ассистент Сергей Мельников, а также специалист Лаборатории ПСПОД ПИШ СПбПУ Александра Петряева.
Созданная школьниками АИС должна была принимать и обрабатывать спутниковые навигационные данные и другую телеметрическую информацию о судне, чтобы обеспечить безопасное передвижение судов во всех водных пространствах земного шара.
Для эмуляции работы системы были созданы макеты кораблей с приемопередатчиками, которые в режиме реального времени отправляли друг другу и на приемопередающую станцию данные о местонахождении, типе судна, водоизмещении, скорости движения и пр. В системе были использованы навигационные данные реальных судов, поступающие в Центр управления и приема сигналов СПбПУ со сверхмалого космического спутника типа CubeSat.
Макеты кораблей были распечатаны на 3D-принтере в соответствии с 3D моделями, которые школьники создали в программе Компас 3D на основе чертежей реальных кораблей. Ребята также сделали веб-интерфейс системы АИС, где отображались данные, полученные с приемопередатчиков.
Команда VR разрабатывала приложение виртуальной реальности для визуализации данных о местоположении кораблей в режиме реального времени. Ребята стремились упростить и сделать более наглядным процесс поиска данных о судах, находящихся в открытых водах. Приложение представляет собой виртуальный фрагмент вселенной с земным шаром и спутником, двигающимся вокруг него. Также в 3D смоделировано находящееся в космосе рабочее место оператора, получающего информацию о судах в различных точках земного шара.
Пользователь приложения (оператор) имеет возможность выбрать любой фрагмент земной поверхности, увеличить его и увидеть корабли, располагающиеся в этом квадрате в данный момент. Такая визуализация стала возможной благодаря совмещению космических изображений и данных о местонахождении кораблей через синхронизацию координат снимков, которые фиксируются спутником во время фотографирования, и координат местонахождения судна, полученных благодаря АИС.
В ходе работы над приложением ребята смогли попробовать себя в 2D и 3D-моделировании, освоили основы программирования на С# и научились работать в среде разработки Unity. Они создали цифровой двойник спутника земли и реального АИС-оборудования, настроили взаимодействие приложения с реальной системой АИС и базой данных о кораблях на сервере Политеха. Ребятам помогал техник Лаборатории ПСПОД ПИШ СПБПУ Михаил Шекера.
Команда VR. Работа над проектом
Команда VR. Работа над проектом
Команда VR. Защита проекта
«В рамках работы над командными проектами ребята работали днём и ночью для достижения наилучшего результата. Было очень приятно видеть в юных исследователях такое рвение к знаниям и новым космическим технологиям. Смена была очень продуктивной, интересной и технологичной, а задания, которые мы предложили сделать в рамках конкурса, ребята выполняли, обмениваясь опытом и помогая друг другу. Они приобрели очень ценный опыт – за две недели беспрерывной работы наши участники показали себя с самых лучших сторон, а их трудолюбие было высоко оценено жюри. Очень ждём следующую Космическую смену «Дежурный по планете» и готовим не менее увлекательные проекты для реализации», — отметила куратор проектной группы Политеха, специалист Лаборатории ПСПОД ПИШ СПбПУ Александра Петряева.
На защите конкурсных работ 24 апреля участники представили свои проекты. Оценивалось качество проработки проекта, качество доклада и ответов на вопросы. Итоговый результат команд-победителей также учитывал индивидуальные баллы каждого из участников, которые отражали личные достижения ребят в процессе работы над проектом.
В рамках трека «Космическая автоматическая идентификация объектов и искусственный интеллект» победила команда, представившая систему автоматической идентификации судов: Егор Коновалов, Даниил Понамарев и Сергей Рыбаков из Санкт-Петербурга, Сергей Клопотов (Москва) и Вячеслав Иванов (Ханты-Мансийск).
Все участники этой команды стали и победителями в индивидуальном зачете. Также в этой номинации победили и участники из других команд трека: Иван Каширский (Кемеровская область), Александр Мещеряков (СПб), Михаил Фурзиков (СПб), Никита Путинцев (СПб) и Илья Максимов (Нефтеюганск).
Призеры конкурса в данном треке — Валерия Болучевских (Москва), Арсений Коломейцев (СПб), Арсений Краковский (СПб), Алексей Ингеройнен (Москва), Софья Корягина (Орел), Амир Рисаев (Набережные челны) и Маргарита Ролдугина (Липецк).
Победители и призеры получили ценные призы от Госкорпорации «Роскосмос», а также других партнеров смены, именные дипломы и баллы к ЕГЭ за индивидуальные достижения при поступлении в вузы России.
