Koralrev: 3D-kortlægning takket være kunstig intelligens

Vidderne af koral som danner baggrund for de smukkeste undervandsbilleder er store kolonier af meget små marine hvirvelløse dyr med et kalkholdigt skelet, kaldet polypper.

Også kendt som Anthozoans, har koraller levet på havbunden i årtusinder og har en afgørende rolle for planetens sundhed: På trods af, at de dækker mindre end 0,1 % af oceanernes overflade, giver disse enorme og ældgamle kolonier samlet på kalkstensrev tilflugt og levesteder for næsten en tredjedel af marine arter kendt.

Seriøst truet afstigning i temperaturer og fraforurening af antropisk oprindelse lider koraller af et farligt fænomen kendt som blegning. De af det røde HavDe virker dog mere modstandsdygtige over for klimarelateret stress.

Så Transnational Red Sea Center (TRSC) besluttede at udforske sine hemmeligheder, begyndende med et omhyggeligt kig 3D kortlægning af koralrev. Han tænkte på at gøre alt dette muligt DeepReefMap, et kunstig intelligens-system udviklet af EPFL-forskere.

Kunstig intelligens og klimakrisen: mulighed eller trussel?
Kunstig intelligens vil hjælpe os med at rense oceanerne for plastik

Kunstig intelligens går straks i gang for at beskytte koraller

L 'korallers økologiske betydning det er sådan, at virkningen af ​​deres helbred også strækker sig til menneskelige befolkninger i forskellige lande rundt om i verden. Ifølge forskning fra USA's National Oceanic and Atmospheric Administration, en halv milliard mennesker er afhængige af koralrev for fødevaresikkerhed og indtægter fra turismeaktiviteter.

Men når havets temperatur stiger, symbiotiske alger som giver næring til korallerne (og giver dem deres karakteristiske farver) fordrives, og den blegede polypkoloni er bestemt til at dø.

Som svar på dette dramatiske fænomen udfører organisationer som TRSC dybdegående undersøgelser i et forsøg på at afdække hemmelighederne bag koralarter til stede i Det Røde Hav, som virker særligt modstandsdygtige over for klimatisk stress.

Initiativet, ledet af Biological Geochemistry Laboratory of the Federal Polytechnic of Lausanne og TRSC, tjente som et testleje for DeepReefMap, un system di Kunstig intelligens udviklet ved EPFL's Laboratory of Computational Environmental Sciences and Earth Observation (ECEO).

Den nye AI er i stand til at producere hundredvis af meter 3D-kort på få minutter fra billeder taget med kameraer, der normalt er tilgængelige på markedet, og er i stand til at klassificere de forskellige koraller.

"Med dette nye system kan enhver deltage i kortlægningen af ​​verdens koralrev“, Forklarer han Samuel Gardaz, koordinator for TRSC-projekter, "dette vil virkelig stimulere forskning på dette område, reducere arbejdsbyrden, mængden af ​​udstyr og logistik og omkostninger relateret til IT".

Effekten... kamæleon af biologisk nedbrydelige 3D-sensorer og skærme
Great Barrier Reef lider. Problemet? Menneskene…

Kortlægning af hundredvis af meter af koralrev på få minutter

Som vi læste i undersøgelsen netop offentliggjort på "Metoder i økologi og evolution""en 100 meter videosektion erhvervet på 5 minutters dykning med en prisbilligt kamera i forbrugerkvalitet kan transformeres fuldautomatisk til en semantisk punktsky 5 minutter".

En sand revolution for kortlægning af koralrev, som traditionelt kræver enorme ressourcer, meget tid og en specialists arbejde. Disse begrænsninger begrænser alvorligt, og i nogle tilfælde helt forhindrer, overvågning af koralrev af lande, der ikke har de nødvendige ressourcer og tekniske ekspertise.

Takket være det nye system Kunstig intelligens udviklet af EPFL-forskere i fremtiden dataene kan indsamles af enhver, selv af fritidsdykkere, forudsat at de er udstyret med et kamera.

Det eneste, de skal gøre, er at svømme langsomt over et koralrev og tage billeder, mens de går fremad. De vil tjene helt rigtigt gode tanke og et meget holdbart batteri, til kortlægning af hundredvis af meter af koralrev.

For at kunne fotografere større områder har schweiziske forskere udviklet en PVC struktur udstyret med seks kameraer (tre på forsiden og tre på bagsiden), der kan betjenes af samme person. Og denne enhed findes også i lavpris version, for også at inkludere dykkerhold, der opererer på begrænsede budgetter.

"En sand revolution i verden af ​​økosystembevarelse", han påstår Guilhem Banc-Prandi, forskningsstipendiat ved Laboratory of Biological Geochemistry ved Polytechnic University of Lausanne og videnskabelig direktør for TRSC.

Marine Sanctuary i hjertet af Stillehavet truer ... fiskeri?
FN's havtraktat: Chile er det første land, der har underskrevet

En digital tvilling af koralrevet for at lette dets beskyttelse

I modsætning til ældre 3D-kortlægningsprogrammer har DeepReefMap ingen problemer med dårlig belysning og diffraktion typisk for undervandsbilleder: le dybe neurale netværkfaktisk kan de tilpasse sig disse forhold. Ydermere fungerer eksisterende programmer kun med billeder i høj opløsning.

"De er også begrænsede, når det kommer til skala: ved en opløsning, hvor individuelle koraller kan identificeres, er de største 3D-kort flere meter lange, hvilket kræver enenorm mængde tid af forarbejdning“, Forklarer han Devis Tuia, professor ved ECEO. “Med DeepReefMap er vi kun begrænset af, hvor længe dykkeren kan opholde sig under vandet".

"Vores mål var at udvikle et system, der ville være nyttigt for forskere, der arbejder på området, og som kunne implementeres hurtigt og bredt.“, Forklarer han Jonathan Sauder, der arbejdede med udviklingen af ​​DeepReefMap til sin doktorafhandling.

"Vores metode kræver ikke dyr hardware”, understreger forskeren, ”en computer med en grundlæggende grafikbehandlingsenhed er tilstrækkelig. Semantisk segmentering og 3D-rekonstruktion finder sted kl samme hastighed som videoafspilning".

"Systemet er så nemt at implementere, at vi vil kunne overvåge ændringer i koralrevet over tid for at identificere prioriterede fredningsområder“, tilføjer Banc-Prandi.

De nye 3D-kort vil blive beriget med andre data, lige fra populationsgenetik til korallers adaptive potentiale. Denne proces, forklarer den videnskabelige direktør for TRSC, "kunne føre til oprettelse af en ægte digital tvilling af koralrevet".

Et upubliceret Atlas of Marine Habitats til beskyttelse af havene
Tanja Zimmermann: "Vi forsøger at 'materialisere' energi"