Геоинформатика: использование ИИ для более точной борьбы с комарами

Комары Aedes aegypti ответственны за распространение инфекционных заболеваний, таких как лихорадка денге, вирус Зика, чикунгунья и желтая лихорадка, по всему миру. Для борьбы с этими широко передаваемыми болезнями, поражающими миллионы, важны детальные карты распределения комаров с данными о пространственном и временном распространении популяций.

Под руководством ученых-геоинформатиков Гейдельбергского университета международная исследовательская группа разработала новый метод картирования популяций комаров с поддержкой ИИ. Анализируются спутниковые снимки и изображения с уличных камер, чтобы точнее оценить условия окружающей среды, благоприятствующие присутствию Aedes aegypti. Это позволит улучшить планирование мер вмешательства и добиться более целенаправленного контроля заболеваний.

Также известный как египетский тигровый комар, Aedes aegypti в основном встречается в тропических и субтропических регионах мира, особенно в городах, где предпочитает размножаться в искусственных водоемах, таких как резервуары для питьевой воды, автомобильные шины, мусор или цветочные горшки. Поскольку глобальная доступность и принятие вакцин от передаваемых им заболеваний, кроме желтой лихорадки, все еще ограничены, контроль популяций комаров в настоящее время является наиболее эффективным вмешательством.

Среди частично очень затратных мер борьбы с переносчиками — распыление инсектицидов, а также выпуск комаров, зараженных естественной бактерией Wolbachia. Бактерия может предотвращать передачу вирусов Aedes aegypti и влиять на его размножение.

Для реализации этих мер контроля требуются городские карты распределения комаров, особенно в особо пострадавших крупных городах, таких как Рио-де-Жанейро (Бразилия).

«Точные карты интересны не только с финансовой точки зрения для эффективного планирования смягчающих мер, но и экологически значимы, поскольку некоторые из этих вмешательств, такие как широкомасштабное распыление инсектицидов, несут риск развития резистентности», — заявляет Штеффен Кноблаух, докторант Института географии Гейдельбергского университета.

До сих пор карты распределения комаров в основном основывались на ручных полевых измерениях отдельных ловушек для ежемесячного подсчета яиц и личинок. Однако в крупных городских районах пришлось бы устанавливать бесчисленные ловушки и задействовать большое количество персонала для поддержания надежного обзора распространения популяций комаров.

Еще одна проблема — ограниченный радиус полета комаров, который составляет примерно 1000 метров без помощи ветра. Это затрудняет построение карт распределения для крупных городских районов на основе измерений ловушек.

Чтобы преодолеть эту проблему, геоинформатики Гейдельбергского университета разработали новый подход к картированию популяций комаров.

«Он использует тот факт, что плотность известных мест размножения может быть значимым предиктором количества яиц и личинок, измеренных в ловушках, как показали исследования в Рио-де-Жанейро», — объясняет проф. д-р Александр Ципф, руководитель исследовательской группы «Геоинформатика/GIScience» Института географии и директор Гейдельбергского института геоинформационных технологий (HeiGIT).

Используя искусственный интеллект, исследователи анализируют спутниковые снимки и изображения с уличных камер для обнаружения и картирования возможных мест размножения в городах. В сочетании с полевыми измерениями это позволяет точнее, чем раньше, оценить условия окружающей среды, благоприятствующие присутствию Aedes aegypti.

Вместе с исследователями из Бразилии команда проф. Ципфа также работает над анализом данных мобильной связи для моделирования перемещения людей в Рио-де-Жанейро. В сочетании с точными картами распределения комаров эти данные могут способствовать лучшему отслеживанию возникновения инфекционных заболеваний, передаваемых Aedes aegypti, и включению полученных знаний в карты вмешательств. Одна из проблем — моделирование моделей перемещения людей в разное время суток, поскольку комар, как правило, активен в ранние утренние и вечерние часы.

Помимо геоинформатиков из Гейдельберга, в работе участвовали исследователи из Австрии, Бразилии, Германии, Сингапура, Таиланда и США. Результаты исследований опубликованы в журналах Scientific Reports и International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation.