English
Manaty, niegdyś powszechny widok w wodach na całym globie, stały się zwierzętami rzadkimi. Do dziś przetrwały zaledwie cztery gatunki tych roślinożerców, które zamieszkują głównie ciepłe wody strefy tropikalnej i subtropikalnej. Ich obecność jest zauważalna w regionach takich jak Floryda, Karaiby, Amazonia oraz wybrzeża Afryki. Warunki naturalne oraz wygląd zewnętrzny manatów utrudniają monitorowanie ich populacji. Jest to wyzwanie, które podjęli naukowcy z Florida Atlantic University. Opracowali przełomowy model AI, który wykorzystując metody maszynowego uczenia, zdolny jest do identyfikacji i liczenia osobników na podstawie obrazów uzyskanych z kamer CCTV. Ta innowacja daje nowe możliwości ochrony tych ssaków morskich dzięki szybszemu i dokładniejszemu monitorowaniu populacji.
O manatach słów kilka
Manaty, znane również jako krowy morskie czy – bardziej żartobliwie – pływające ziemniaki, są prawdziwymi mistrzami relaksu. Te spokojne giganty, unoszące się leniwie przez ciepłe, tropikalne wody, przyciągają uwagę swoim unikalnym wyglądem i łagodnym zachowaniem. Mogą osiągać imponujące rozmiary – długość dorosłych osobników często przekracza 3 metry, a waga dochodzi nawet do 600 kg. Czyni je to jednymi z największych ssaków wodnych.
Ich dieta składa się głównie z roślin wodnych, co sprawia, że pełnią kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia ekosystemów morskich i rzecznych. Te wodne ssaki o imponującym apetycie odżywiają się głównie trawą morską i mogą poświęcać na jej poszukiwanie nawet do ośmiu godzin dziennie. Jako naturalni kosiarze pomagają kontrolować wzrost alg i innych roślin wodnych, zapewniając równowagę i zdrowie środowisk, w których żyją. Ich obecność pomaga utrzymać czystość i przejrzystość wód.
Na manaty czyha wiele zagrożeń. Zderzenia z łodziami, utrata naturalnych siedlisk z powodu rozwoju ludzkich osad i zanieczyszczenie wód są głównymi przyczynami spadku liczebności tych bardzo ważnych dla ekosystemów zwierząt. Postępująca zmiana klimatu wpływa na wzrost temperatury wód, co może negatywnie oddziaływać na środowiska, które są domem dla tych delikatnych gigantów. W rezultacie manaty zostały umieszczone na Czerwonej Liście IUCN jako wrażliwe. Ich ochrona stała się priorytetem dla wielu organizacji, które dążą do zachowania ich naturalnych siedlisk i promowania świadomości na temat zagrożeń, jakie na nie czyhają.
Czy liczenie jest konieczne?
Liczenie manatów jest niezbędne dla ochrony tych morskich ssaków oraz ekosystemów, w których żyją. Dzięki danym o ich liczebności naukowcy mogą monitorować stan populacji i wdrażać skuteczne działania ochronne. Aby móc dokładnie oszacować liczbę manatów zespół naukowców z College of Engineering and Computer Science na Florida Atlantic University zastosował innowacyjne techniki liczenia. Na początkowym etapie projektu naukowcy próbowali wykorzystać dostępne w internecie obrazy do trenowania swojego modelu, jednak szybko zrozumieli, że dla większej skuteczności potrzebują bardziej zróżnicowanych danych.
Idealnym rozwiązaniem okazało się użycie nagrań wideo z amerykańskich parków stanowych, które zapewniły obrazy manatów w różnorodnych sytuacjach – w różnych porach roku i z różnych perspektyw. To pozwoliło na efektywne szkolenie modelu do rozpoznawania krów morskich w wielu środowiskach i precyzyjne liczenie ich populacji, nawet z obrazów o niskiej jakości.
Sposób ten uwzględnia również zniekształcenia wynikające z różnicy w perspektywie między środowiskiem wodnym a płaszczyzną obrazu. Biorąc pod uwagę, że kształt manata jest bardziej eliptyczny niż okrągły, zastosowano metodę opartą na anizotropowym jądrze Gaussa (AGK), aby jak najlepiej odwzorować kontur zwierzęcia i oszacować gęstość populacji na danym obszarze. Podchodząc do liczenia osobników jako do zadania z zakresu uczenia maszynowego dotyczącego estymacji gęstości za pomocą głębokich sieci neuronowych, możliwe jest zbalansowanie nakładu pracy związanego z etykietowaniem danych a efektywnością procesu. Podsumowując, metoda ta oferuje proste i skuteczne rozwiązanie służące do liczenia manatów, które wymaga minimalnego wysiłku związanego z przygotowaniem danych.
Przyszłość ochrony manatów z AI
Mimo obiecujących wyników, model wciąż napotyka na pewne ograniczenia. Trudność w odróżnieniu dorosłych osobników od młodych czy samców od samic stanowi wyzwanie, z którym zespół planuje poradzić sobie w kolejnych etapach projektu. Dzięki temu model ma szansę stać się jeszcze bardziej efektywnym narzędziem.
Model AI do identyfikacji manatów ma potencjał, by znacząco przyczynić się do ochrony tych zagrożonych ssaków. Umożliwiając szybkie i dokładne szacowanie populacji manatów, może wspierać planowanie działań ochronnych, zapobieganie utracie siedlisk oraz przygotowywanie zasad dla żeglarzy i nurków. Dzięki temu minimalizowany jest wpływ naszej działalności na te wrażliwe stworzenia, co jest niezbędne do ich przetrwania.
