Technologia

Mapa świata Facebooka

Numer 9/2019
metamorworks / Shutterstock
Najdokładniejszą mapę ludności świata opracowują nie kartografowie, lecz programy komputerowe z modułami sztucznej inteligencji, wspierane przez satelity i wolontariuszy.

Facebook szybko zaczął mieć ambicje globalne, a od kilku lat realizuje je w nowy sposób: pracując nad mapą gęstości zaludnienia, która ma objąć cały świat. Marzeniem społecznościowego giganta jest odnalezienie wszystkich odległych osad bądź nawet pojedynczych domów gdzieś na końcu świata, a następnie regularne sprawdzanie za pomocą satelitów, czy nie pojawił się gdzieś jakiś nowy obiekt. Troskliwy Facebook nie chciałby zapomnieć o nikim. Do zrealizowania takiego marzenia potrzebny jest jednak pewien ważny drobiazg: stale aktualizowane mapy pokazujące z dużą dokładnością rozmieszczenie ludności na globie. Tym właśnie zajmuje się grupa specjalistów od sztucznej inteligencji i analizy danych zatrudniona przez Facebooka w ośrodku badawczym firmy w Bostonie. Wraz z naukowcami z Columbia University w Nowym Jorku pracuje nad programem, który sam tworzyłby w ekspresowym tempie takie mapy, analizując w krótkim czasie miliardy zdjęć satelitarnych. W Facebooku uznano, że kartografowie nie podołają takiemu zadaniu. Nie zdołaliby w krótkim czasie przetrawić olbrzymiej ilości danych płynących non stop z orbity. Mapa ma służyć ludziom, ale może też mieć komercyjne zastosowanie. Zacznijmy od tego pierwszego celu, nim zajmiemy się drugim.

Petabajty do obróbki

W ramach obywatelskiego projektu OpenStreetMap wolontariusze starają się jak najszybciej opracować dokładne mapy rejonów objętych kataklizmami naturalnymi lub ogarniętych epidemiami. Zwykle praca taka zajmuje im kilka dób. Tymczasem Facebook wykreśla podobną mapę w kilkadziesiąt sekund. – Pokazuje z dokładnością do jednego budynku gęstość zaludnienia w danej okolicy. To jedna z pierwszych informacji, jakiej potrzebują koordynatorzy akcji ratunkowych: ile mniej więcej osób mieszka na terenie dotkniętym przez wstrząs lub też zagrożonym nagłym wybuchem epidemii. Pomoc dociera szybko i w adekwatnej skali – mówi Derrick Bonafilia, kierownik grupy opracowującej mapę.

Współczesne satelity potrafią wykonać fantastyczne zdjęcia niemal wszystkich zakątków globu, często z dokładnością do 0,5 m. Dzięki takim zdjęciom można bardzo precyzyjnie zlokalizować dowolne obiekty – drogi, mosty czy domy. Załóżmy teraz, że ktoś postanowiłby przenieść ręcznie na mapę świata lokalizacje wszystkich tych miejsc zamieszkania ludzi. Trudno to sobie wyobrazić ze względu na gigantyczną ilość danych – zdjęcia satelitarne w wysokiej rozdzielczości całego globu zawierają ok. półtora petabajta informacji (dla porównania, w strukturze ludzkiego mózgu zwanej hipokampem mieści się jakieś 2,5 petabajta danych). Nie wystarczyłoby życia wielu osób, aby stworzyć taką mapę. Szczególnie trudnym wyzwaniem byłyby regiony rzadko zamieszkane, gdzie trzeba mozolnie wyszukiwać na kolejnych fotografiach pojedyncze budynki, a następnie porównywać te informacje z danymi ze spisów ludności.

Tak, opracowanie takiej mapy to robota nie dla ludzi. W epoce big data zalew informacji jest na tyle olbrzymi, że do ich analizy człowiek przestaje być użyteczny. Znacznie lepszy jest komputer wyposażony w moduły sztucznej inteligencji i potrafiący się samodzielnie uczyć. Skoro jedne maszyny potrafią rozkładać na łopatki mistrzów świata w go, czemu inne nie mogłyby wykreślać map lepszych od tych, które tworzą ludzie? Kartografowie bronią się, że ich profesja poza wiedzą wymaga też kreatywności, ponieważ mapa jest nie tylko matematycznym odwzorowaniem kawałka globu, ale też jego wizualną prezentacją, przybliżoną i zawsze trochę subiektywną. Czy komputer mógłby ich w tym zastąpić? Cóż, według informatycznych wizjonerów i to jest możliwe. Mówią oni o komputerach obdarzonych sztuczną kreatywnością i sztuczną intuicją. Te dzisiejsze krzemowe okazy pewnie sobie nie poradzą z takim wyzwaniem, ale są nowi kandydaci na sztucznych geniuszy – komputery neuronowe, kwantowe czy optyczne.

Mapa Facebooka nie jest dziełem aż tak wyrafinowanych maszyn myślących. Prace nad jej wstępną wersją rozpoczęto w 2014 r. Dwa lata później przedstawiono pierwszy efekt w postaci szczegółowych map 22 krajów, które ze względu na znacznie rozproszoną sieć osadniczą znalazły się w polu zainteresowania Facebooka (nie tylko z powodów humanitarnych, o czym za chwilę). Łącznie zajmowały one 21 mln km2. To mniej więcej jedna siódma ziemskich lądów. Mimo to komputer wykonał to zadanie w zaledwie dwa tygodnie. Tyle czasu potrzebował na przeanalizowanie ok. 14 mld zdjęć. Co więcej, cały czas się uczył. Rok później podobną pracę wykonał już w kilka dni. Jego mapy miały dokładność do 5 m, co oznacza, że pokazano na nich wszystkie większe budynki i drogi. A w czerwcu tego roku przyszła pora na kolejny fragment mapy świata, dokładniejszy i jeszcze szybciej wykonany niż ten sprzed trzech lat. Do listy 22 państw dołożono niemal cały kontynent afrykański. Program przebił się przez ok. 12 mld zdjęć, na których znalazł kilkaset milionów budynków. Kolejne fragmenty globu są wciąż dorzucane. Kto ciekaw, niech zajrzy na stronę https://data.humdata.org/organization/facebook. – Naszym celem jest cały świat – deklaruje Bonafilia.

Czy to dom, czy są tam ludzie?

Co dokładnie robi sztuczna inteligencja Facebooka? Program jest zbiorem złożonych sieci neuronowych. Za pomocą stworzonych przez naukowców algorytmów ulepsza sam siebie, w nieskończoność analizując obrazy satelitarne. Dzięki temu coraz lepiej rozpoznaje znajdujące się na nich kształty, wzory i obiekty. Jego zadanie polega na błyskawicznym identyfikowaniu domów, dróg i ludzkich osad. – Wyławia je ze zdjęć, na których 99% powierzchni zajmuje przestrzeń niezabudowana. Przypomina to szukanie igły w stogu siana – mówi James Gill, główny programista w zespole Bonafilii. Skuteczność metody weryfikują następnie niezależni eksperci z Center for International Earth Science Information Network, ośrodka działającego przy Columbia University w Nowym Jorku. Porównują efekty pracy maszyny z rzeczywistymi danymi ze spisów ludności.

Sieci neuronowe – programy oparte na sztucznych neuronach (modele matematyczne neuronów biologicznych) – robią karierę w wielu dziedzinach. W zaawansowanych zastosowaniach, takich jak sztuczny kartograf, wykorzystuje się nie jedną sieć, lecz dwie lub więcej nałożonych na siebie. Takie wielowarstwowe systemy noszą nazwę głębokich sieci neuronowych. To one coraz częściej pomagają w diagnozowaniu chorób (np. guzów nowotworowych), identyfikowaniu twarzy oraz mowy. Coraz szybciej radzą sobie z automatycznym tłumaczeniem oraz z automatyczną interpretacją treści filmów wideo. No i pokonują mistrzów go. W każdym z tych przypadków kluczowe znaczenie ma wytężony trening, jakiemu poddawane są sieci neuronowe. Jego intensywność jest nieosiągalna dla człowieka. Nasze możliwości są ograniczone. Ile razy w roku można zagrać w go? Kilkaset? OK, niech będzie, że kilka tysięcy. Tymczasem maszyna rozgrywa miliony takich partii dziennie. Jej sieci neuronowe cały czas się uczą. Potrzebuje tylko danych, danych, danych. – W wielu dziedzinach, w tym w kartografii, nadchodzi czas sztucznej inteligencji. Na dłuższą metę komputer, któremu zapewnimy odpowiednio dużo mocy, danych, algorytmów działania i czasu na trening, musi prześcignąć człowieka. To nieuniknione – mówi Gill.

Afryka o powierzchni ok. 30 mln km2, którą przez ostatni rok zajmowali się badacze z Facebooka, ma dziś 1,2 mld mieszkańców. Ale rozmieszczenie ludności nie jest równomierne. Obok bardzo gęsto zaludnionych obszarów miejskich istnieją tereny niemal puste, co nie znaczy, że bezludne. Pierwsze zadanie sztucznej inteligencji polega na wstępnym odfiltrowaniu większości zdjęć satelitarnych, na których nie ma żadnych struktur przypominających budynek mieszkalny. Zostają odrzucone, a program zajmuje się następnie tylko resztą fotek, koncentrując się na identyfikowaniu wszystkiego, co przypomina miejsce nadające się do zamieszkania. Ostatni etap to wyrywkowa weryfikacja w terenie przeprowadzana m.in. przez wolontariuszy z OpenStreetMap – mapy tworzonej w internecie, do której dostęp ma każdy i każdy może z niej korzystać.

Facebook podkreśla, że dostęp do jego mapy także jest otwarty i darmowy. Komu może się przydać taki produkt? Oto kilka przykładów, którymi chwali się firma na swojej stronie dataforgood.fb.com. W Malawi w Afryce skorzystano z jej map w 2017 r., przeprowadzając kampanię informacyjną na temat szczepień przeciwko odrze i różyczce. Była to inicjatywa Czerwonego Krzyża, w której wzięły udział 3 tys. przeszkolonych pracowników służby zdrowia. Dzięki mapom mogli szybko dotrzeć do zapomnianych domów na peryferiach kraju. W ciągu zaledwie trzech dni odwiedzili aż 100 tys. ludzi. Równie sprawne kampanie informacyjne dotyczące szczepień, w których planowaniu wykorzystano mapy Facebooka, przeprowadziła Bill & Melinda Gates Foundation w dwóch innych afrykańskich państwach: Demokratycznej Republice Konga i Mozambiku. W Tanzanii z kolei po mapy Facebooka sięgnęły osoby zajmujące się programem zelektryfikowania odległych wsi i osad dzięki wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii.

Facebook dla każdego

Jednak te same informacje można wykorzystać również w celach komercyjnych. Gdy w 2016 r. Facebook ujawnił, że pracuje nad taką mapą, słowem nie wspomniał o celu humanitarnym, lecz wyjaśniał, że ma to być pośredni sposób na „podłączenie tych wciąż jeszcze niepodłączonych”. W cyfrowej cywilizacji XXI w. karierę robi słowo „dostęp”. Chodzi oczywiście o dostęp do sieci. Jeśli go masz, świat stoi przed tobą otworem. Jeśli nie, świat ci ucieka.

Jak każda firma, która ekspansję ma we krwi, Facebook chciałby nieustannie rozszerzać grono swoich klientów. Wciąż jest mu mało, choć ma ich znacznie powyżej 1,5 mln. Dlatego społecznościowy gigant chciałby nas wszystkich policzyć z satelitów, aby nikt nie mógł się wykręcić od internetu. Jednak na drodze do podboju piętrzą się liczne bariery, w tym ta najważniejsza – brak infrastruktury technicznej umożliwiającej każdemu bez wyjątku mieszkańcowi globu uzyskanie „dostępu”. Optymiści powiedzieliby, że pod tym względem wcale nie jest tak źle, szczególnie jeśli weźmiemy pod uwagę młodzieńczy wiek nowego medium. W 2018 r. w dorocznym raporcie „State of Connectivity” Facebook oszacował, że 3,6 mld ludzi na świecie jest już przyłączonych do sieci. Problem polega na tym, że kolejne 3,8 mld wciąż jest pozbawionych takiej szansy. I z tym właśnie gigant z Kalifornii, który niczym mantrę powtarza termin connectivity („przyłączalność”), nie może się pogodzić. Pamiętamy, co szef firmy Mark Zuckerberg napisał w 2013 r. w swoim manifeście: „Każdy zasługuje na to, by zostać przyłączony do internetu”.

Rozważaniom, jak by tu dotrzeć do każdego „nieszczęśnika” nieznającego jeszcze uroków surfowania, poświęcono niejeden późniejszy firmowy raport. – Internet to fala, która stopniowo ogarnia kolejne części świata. Wciąż jednak nie dotarła do połowy ludzi na Ziemi. Tempo to mogłoby być szybsze, gdybyśmy pokonali barierę technologiczną – mówi Yael Maguire, dyrektor ds. technologii nowego działu firmy stworzonego w 2018 r., nazwanego, jakżeby inaczej, Facebook Connectivity. Wcześniej Maguire kierował firmowym ośrodkiem badawczym Connectivity Lab, utworzonym w 2012 r. w Bostonie. Wraz z grupą inżynierów pozyskanych z najlepszych amerykańskich uczelni, a także z NASA, projektuje satelity, lasery i drony, których jedynym zadaniem ma być dostarczenie internetu do tych miejsc na globie, gdzie nie działa – i raczej działać nie będzie z powodu zbyt wysokich kosztów instalacji wież lub też braku systemu energetycznego – szerokopasmowa telefonia komórkowa.

Najpierw jednak trzeba tych wszystkich wykluczonych odnaleźć na globie. A są to przede wszystkim ci, którzy żyją w rozproszeniu. Zerknijmy na dowolną mapę zaludnienia, a zobaczymy, że cztery piąte ludzi mieszka blisko siebie – w miastach i wokół nich, wzdłuż dolin rzecznych, na nadmorskich nizinach i w wielkich kotlinach śródgórskich. Szacuje się, że jakieś 80% ludzkości żyje na 20% powierzchni lądów. Resztę stanowią obszary albo zupełnie bezludne (jak lądolody Antarktydy i Grenlandii oraz wnętrza pustyń), albo też takie, gdzie sieć osadnicza jest luźna. Te właśnie przeważają na Ziemi. W gruncie rzeczy większość zaludnionego przez nas świata to nadal względnie puste przestrzenie. Jeśli na mapę zaludnienia nałożymy mapę połączeń internetowych, okaże się, że na tej drugiej dysproporcje są jeszcze wyraźniejsze niż na pierwszej. Większość lądów to wciąż białe internetowe plamy. Tu właśnie trzeba szukać poszkodowanych miliardów.

Dronem i balonem

Pomysły, jak do nich dotrzeć, są już testowane. Niektóre z nich były dość szalone. Na przykład w 2015 r. w powietrze wzbił się wielki dron Aquila o rozpiętości skrzydeł Boeinga 737, ale ważący setki raz mniej. Zakładano, że wykonany z włókien węglowych i zasilany ogniwami słonecznymi pojazd będzie się unosił w powietrzu przez 90 dni, aby z wysokości 20–25 km, czyli już ze stratosfery, dostarczać internet mieszkańcom jakiegoś zapomnianego rejonu świata. Również w 2015 r. naukowcy z Connectivity Lab przeprowadzili pierwszą udaną próbę przesłania internetu za pośrednictwem wiązki laserowej. Docelowo stratosferyczne drony miały się komunikować ze sobą za pomocą laserów, tworząc podniebną sieć łączy internetowych, którą można dowolnie rozbudować, rozpinając ją nad kolejnymi słabo zamieszkanymi kawałkami Ziemi.

Tak to wyglądało w wizji Facebooka, ale podobny projekt zwany Loon przedstawiło też Google, które jednak zamiast dronów wolało balony stratosferyczne. Choć obaj giganci deklarują, że nie chcą się zmienić w dostawców internetu i finalnie podzielą się swoimi patentami z innymi, ponieważ przede wszystkim zależy im na zmniejszeniu nierówności w dostępie do sieci, to bez wątpienia chodzi tu o korzyści ekonomiczne: im więcej internetu, tym więcej osób korzystających z ich serwisów. Historia rozpowszechniania rozmaitych wynalazków – od samochodów przez samoloty po pecety i smartfony – to także dzieje sojuszy zawieranych przez największych, aby torować drogę całej branży.

Ostatecznie Facebook w zeszłym roku zrezygnował z koncepcji rozpowszechniania internetu z dronów, ale Google wciąż trwa przy swoich balonach, których pierwszy komercyjny test zaplanowano na ten rok w odległym górskim regionie Kenii. Natomiast Facebook zszedł na ziemię i skoncentrował się na rozwijaniu, wspólnie z firmami telekomunikacyjnymi, rozmaitych systemów otwartego dostępu do sieci. Jeden z takich projektów, realizowany od roku w Ameryce Południowej, nazywa się „Internet para Todos”, a jego celem jest dostarczenie bezprzewodowego internetu do ok. 100 mln mieszkańców rolniczych regionów w Andach. Wszystkie domy, do których ma trafić sygnał, zostały już policzone i naniesione na mapę sporządzoną przez sztucznego kartografa. Nikt nie może zostać pominięty.

Andrzej Hołdys
dziennikarz popularyzujący nauki o Ziemi, współpracownik „Wiedzy i Życia”

01.09.2019 Numer 9/2019

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną