Hoe drones en high-performance computing kunnen helpen bij het beschermen van onze waterwegen

⏱️ geschatte leestijd: 5 minuten

Het is vandaag de Dag van de Aarde. Een goed moment om stil te staan bij de wereld om ons heen en welke bijdrage we als techbedrijf kunnen leveren. Daarvoor gaan we even naar het noorden, naar Denemarken om precies te zijn. Bij het nieuwe project genaamd CityShark schakelt het Deense ministerie van Klimaat, Energie en Nutsbedrijven met verschillende partners drones in die helpen bij het identificeren en opruimen van vloeibaar en vast afval in de haven van Aarhus, ongeveer 187 kilometer van de hoofdstad Kopenhagen.

Terwijl drones over olie- en gaslekken, vuilnisafzettingen en ander drijvend puin in de Deense diepzeehaven vliegen, sturen ze signalen naar varende drones en instrueren deze om het afval op te ruimen en af ​​te leveren bij een nabijgelegen stortplaats. Het opruimen van oceanen, havens en rivieren vergt veel inspanning en kost veel tijd en geld. Inspanningen zoals CityShark testen het gebruik van drone-imaging, AI-analyse en high-performance cloud (HPC) computers om dit proces te ondersteunen.

“Het waterleven beschermen en onze eigen vervuiling opruimen is ethisch gezien het enige juiste wat we kunnen doen”, zegt Martin Skjold Grøntved, speciaal adviseur voor het Deense Agentschap voor datavoorziening en -efficiëntie, onderdeel van het Deense ministerie van Klimaat, Energie en Nutsvoorzieningen, en deelnemer aan het Oracle for Research-programma. “Het is ook kostbaar, zeker als je stilstaat bij de schade die vervuiling kan toebrengen aan de visserij, het toerisme en de recreatie.”

Afgezien van ethiek en de economische aspecten, kan afval dat in het water drijft ook leiden tot een afnemende toevoer van zuurstof op aarde.

“In vergelijking met kwik, lood en pcb’s denken veel mensen dat afval relatief onschuldig is als het gaat om verontreinigende stoffen in het water”, zegt Tony Hale, programmadirecteur voor milieu-informatica bij het San Francisco Estuary Institute, een wetenschappelijk instituut zonder winstoogmerk. “Maar niets is minder waar; als afval zich opstapelt, kan het planten verstikken, de groei van fytoplankton afremmen en de hoeveelheid zuurstof die vrijkomt in onze atmosfeer verminderen.”

Is het een vogel? Is het een schip? Of is het een drone?
Tijdens een recente paneldiscussie, die werd georganiseerd door Oracle en Kinetica, hebben zowel het Deense ministerie als het San Francisco Estuary Institute (SFEI) beschreven hoe ze een vloot drones inzetten die zijn uitgerust met AI-camera’s, en vervolgens Kinetica’s streaming datawarehouse en Oracle Cloud Infrastructure (OCI) HPC inzetten om afval op het openbare water te identificeren en in te zamelen.

In het CityShark-project in Denemarken maken de multispectrale camera’s van de drones meerdere 3-megapixelbeelden tegelijk. Door machine learning-algoritmen uit te voeren met behulp van de parallelle verwerkingsmogelijkheden van het OCI HPC-platform, worden de beelden onmiddellijk verwerkt en geanalyseerd om conclusies te kunnen trekken. “Drones zijn helaas beperkt tot korte vluchttijden, dus zonder parallelle verwerkingsmogelijkheden kan het dagen duren om de beelden vast te leggen en onze analyses te voltooien”, zegt Jakub Srna, de software-engineer die de algoritmen voor detectie en verwijdering van olievlekken ontwikkelde voor het CityShark-project bij de Technische Universiteit van Denemarken. “Maar met OCI HPC kunnen we de hele haven overzien, de beelden verwerken en onze analyse voltooien tijdens één enkele vlucht.”

Ongeveer 9.000 kilometer van de stad Aarhus stuurde SFEI drones vanuit de lucht over de Baai van San Francisco en naburige zijrivieren, waarbij ongeveer 35.000 afbeeldingen van afval werden verzameld, geclassificeerd en geanalyseerd. Na een machine learning-algoritme met meer dan 2000 annotaties te hebben getraind, heeft het team nu een tool die het type, de hoeveelheid en de locatie van elk deeltje afval dat in die afbeeldingen wordt weergegeven, kan identificeren. Vervolgens kan het de impact meten die het afval heeft op de milieu. “Het kunnen meten van de hoeveelheid afval in het milieu is een cruciale eerste stap om de doeltreffendheid van het verbod op plastic zakken en ander milieubeschermingsbeleid te begrijpen”, zegt Hale van SFEI.

Behoefte aan snelheid
Als non-profitorganisatie heeft SFEI beperkte middelen en werkt het voornamelijk met financiering uit subsidiepotjes voor onderzoek. Omdat veel van deze beurzen afhankelijk zijn van het behalen van bepaalde mijlpalen en tijdlijnen, had SFEI een computerplatform nodig dat zijn algoritmen kan uitvoeren en snel over de bevindingen kan rapporteren. Het werd steeds lastiger om dergelijke analyses uit te voeren met behulp van on-premise servers, wat soms weken in beslag nam.

In het afgelopen jaar maakten black-outs en beperkingen door COVID-19 het moeilijk voor personeel om het gebouw binnen te komen en te werken aan de software en de hardware of ervoor te zorgen dat de stroom was ingeschakeld. “Sinds we deze workloads naar Kinetica en OCI HPC hebben verplaatst kunnen we niet alleen parallelle berekeningen uitvoeren, maar kunnen we ze ook 24/7 uitvoeren, zonder onderbreking”, zegt Lorenzo Flores, software-engineer bij SFEI.

“Het algoritme van SFEI gaat via een enkele GPU-instantie die op OCI draait, wat betekent dat we meerdere experimenten tegelijkertijd kunnen uitvoeren”, zegt Flores. “Dit helpt ons niet alleen om parameters in realtime af te stemmen om nauwkeurigere resultaten uit onze analyses te krijgen, maar het helpt ons ook om deze klussen binnen enkele uren in plaats van weken te klaren. Dat is niet mogelijk met de enkele GPU in mijn desktop.”

Door het Kinetica-streamingdatawarehouse op OCI HPC te implementeren, kunnen zowel het Deense Agentschap voor datavoorziening en -efficiëntie als SFEI hun projecten, indien nodig, opschalen.

“Door samen te werken met Oracle hebben we toegang tot een verscheidenheid aan ultramoderne computersystemen, zoals de nieuwste Nvidia Tesla- en Ampere-architecturen”, zegt Nick Alonso, directeur Global Solutions bij Kinetica, een Oracle-partner en deelnemer aan het Oracle for Startups-programma. “We kunnen de clusters ook uitbreiden over de meerdere beschikbaarheidszones van Oracle en met Oracle Container Engine for Kubernetes kunnen SFEI en het CityShark-project containers kosteloos beheren, wat een enorm positieve impact heeft op ontwikkelingskosten.”

Bij dit soort workloads voor beeldanalyse is snelheid essentieel. Afval moet onmiddellijk worden geïdentificeerd en vervolgens snel worden opgevist, voordat het naar een andere locatie drijft. “Met het Kinetica-platform kunnen SFEI en het Deense Agentschap voor datavoorziening en -efficiëntie hun machine learning-modellen bouwen en vervolgens hun geospatiale analyses in realtime uitvoeren”, zegt Liz McGlauflin, Chief Customer Success Officer bij Kinetica. “Omdat ons platform op OCI draait, biedt het onze klanten de snelheid die ze nodig hebben om hun analyses te voltooien en de flexibiliteit die ze nodig hebben om hun projecten op te schalen, en dat alles tegen een geweldige prijs.”

Dit artikel is geschreven door Sasha Banks-Louie, brand journalist bij Oracle.

Referenties

Duurzaamheid in actie bij Oracle
Koolstof opslaan, één laag per keer
Ontdek deep learning en GPU-versneld computergebruik