IT-фахівець підрахував авто на вулицях Києва за допомогою нейромережі та Google Maps

Фахівець з геоданих Дмитро Бондаренко поставив собі за мету підрахувати більш-менш точну кількість автівок в Києві. Для цього він використовував нейромережі та супутникові знімки з Google Maps та інших відкритих даних. Редакція AIN.UA поспілкувалася з Дмитром і розповідає про те, як він проводив підрахунки і який отримав результат.

Як рахував кількість авто в Києві на 2014 рік

Дмитро — фахівець з геоінформаційних технологій, останнім часом вивчає machine learning. Йому давно було цікаво спробувати підрахувати більш-менш точну кількість авто в Києві. Але зайнявся цим питанням лише у лютому 2021 року.

Він поставив собі завдання: порахувати авто в Києві в цілому, та в кожному районі або мікрорайоні. Для такого аналізу використовував ортофотоплани міста, створені ДП «Центр Державного земельного кадастру» за 2014 рік. На той момент звісно це були вже застарілі дані, але Дмитру йшлося передовсім про перевірку самого методу та можливості такого розрахунку. Хід експеримента він описав у себе в Facebook.

Щоб навчити нейромережу розпізнавати автомобілі на отрофотопланах, Дмитро взяв знімки з дрона з сайту openaerialmap. А потім за допомогою нейромережі обробив знімки Києва. Виявилось, що на 2014 рік:

• Загальна кількість авто на знімках 2014 року, які вдалося розпізнати: 493 000.
• Кількість авто на 1000 жителів — біля 166 (якщо кількість жителів у Києві — 2 964 400).
• Кількість авто на Оболоні — приблизно 25 850 (залежно від кордонів мікрорайону).
• Кількість авто на Троєщині і Воскресенці — приблизно 38 000 (залежно від кордонів мікрорайону).
• Більше всього авто в Дарницькому районі — 62 859.

Тоді він зробив висновок, що нейромережі можуть досить точно підрахувати кількість авто, і визначати локації з найвищою концентрацією авто на фото.

Як рахував кількість авто в Києві на 2019 рік

Навесні 2021 року Дмитро вирішив отримати свіжіші дані по Києву. Для актуальних даних він взяв картографічні дані Google Maps (дані сервісів Google Maps, Google Earth, Google Earth Engine, Google Timelaps, Google Engine Data Catalog).

Вже на цьому етапі з’явилась перша проблема: різниця в якості фото. Якщо в першому експерименті використовувалися ортофотознімки з якістю 5 см/піксель, то оброблені знімки з Google — це 30 см/піксель (якість необроблених даних ще гірша — 50 см/піксель). Тобто, якість гірше в 10 разів.

Як Дмитро розповів AIN.UA, він використовував згорткову нейронну мережу з архітектурою MaskRCNN. Він перенавчив нейромережу на нових даних, і виявилось, що вона все ж якісно визначає авто, може помилятися в складних локаціях (приміська зона, склади, вода, ліси). Але ці дані можна прибрати за допомогою просторового аналізу, використовуючи Openstreetmap. В результаті похибка визначення авто склала приблизно 10%. Також автор дослідження перевіряв дані:

«Для аналізу точності бралися випадкові території квадратної форми і рахуватися авто вручну. І результат порівнював з результатом нейронної мережі. Звісно, деякі авто знаходяться в критих паркінгах, торгових центрах, гаражах. Скільки їх — невідомо як відповісти. Але для аналізу було взято знімки, які зроблені вдень, в середу, в квітні місяці. З точки зору виконання аєрофотзнімальних робіт це — майже ідеальний час, тому що на деревах ще нема листя. І для аналізу авто, день середи, може казати про те, що це пік ділової активності в місті (на роботу виїхали всі, кому це потрібно)», — пояснює Дмитро AIN.UA.

Приклади того, як нейромережа шукала авто, можна побачити на зображеннях:

Але на цьому етапі теж виникла непередбачувана складність: нейромережа виявила в Києві 377 000 авто в 2019 році, порівняно із 493 000 авто в 2014 році. Дмитро розібрався, чому так сталося: виявилось, що Київ на картах Google складається із знімків різного часу: наприклад, фото правого берега зняті за квітень 2019 року, а лівого — за кінець серпня 2019 року. Але потім Дмитро з’ясував, що на картах Google можна переглядати історичні дані (можна подивитись знімки 2004 року і навіть 1985 року). Після цього він за допомогою нейромережі провів аналіз знімків за 3 квітня 2019 року.

Виявилось, що на цю дату кількість авто в Києві склала 414 000 (140 авто на 1000 мешканців). Дмитро підкреслює, що у 2020-му та 2021-му роках через пандемію ділова активність на вулицях міста могла бути знижена. Тож дані за 2019 рік відображають найвищу кількість авто на вулицях Києва.