Korallenriffe: 3D-Kartierung dank künstlicher Intelligenz

Die Weiten von Koralle Den Hintergrund für die schönsten Unterwasserbilder bilden große Kolonien sehr kleiner wirbelloser Meerestiere mit einem Kalkskelett, sogenannte Polypen.

Korallen, auch Anthozoen genannt, leben seit Jahrtausenden auf dem Meeresboden und haben eine entscheidende Rolle für die Gesundheit des Planeten: Obwohl diese riesigen und alten Kolonien auf Kalksteinriffen weniger als 0,1 % der Meeresoberfläche bedecken, bieten sie Zuflucht und Lebensraum fast ein Drittel der Meeresarten bekannt.

Ernsthaft bedroht vonTemperaturerhöhung und mit "Verschmutzung Korallen sind anthropischen Ursprungs und leiden unter einem gefährlichen Phänomen, das als bekannt ist Bleaching. Die der Rotes MeerAllerdings scheinen sie resistenter gegen klimabedingten Stress zu sein.

Deshalb beschloss das Transnational Red Sea Centre (TRSC), seine Geheimnisse zu erforschen und zunächst einen genauen Blick darauf zu werfen 3D-Kartierung von Korallenriffen. Er dachte darüber nach, all dies möglich zu machen DeepReefMap, ein von EPFL-Forschern entwickeltes System der künstlichen Intelligenz.

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Künstliche Intelligenz setzt sich sofort für den Schutz der Korallen ein

L 'ökologische Bedeutung von Korallen Es ist so, dass sich die Auswirkungen ihrer Gesundheit auch auf die menschliche Bevölkerung in verschiedenen Ländern auf der ganzen Welt erstrecken. Nach Untersuchungen der National Oceanic and Atmospheric Administration der Vereinigten Staaten, Eine halbe Milliarde Menschen sind auf Korallenriffe angewiesen für Lebensmittelsicherheit und Einnahmen aus touristischen Aktivitäten.

Wann aber die Meerestemperatur steigt, die symbiotische Algen die den Korallen Nahrung bieten (und ihnen ihre charakteristischen Farben verleihen), werden ausgestoßen, und die ausgebleichte Polypenkolonie ist zum Absterben verurteilt.

Als Reaktion auf dieses dramatische Phänomen führen Organisationen wie das TRSC eingehende Studien durch, um die Geheimnisse zu lüften Korallenarten im Roten Meer, die besonders resistent gegen klimatische Belastungen erscheinen.

Die vom Labor für Biologische Geochemie des Eidgenössischen Polytechnikums Lausanne und dem TRSC geleitete Initiative diente als Testumgebung für DeepReefMapein System von Künstliche Intelligenz entwickelt am Labor für Computergestützte Umweltwissenschaften und Erdbeobachtung (ECEO) der EPFL.

Die neue KI ist in der Lage zu produzieren Hunderte Meter 3D-Karten In wenigen Minuten ist er anhand von Bildern, die mit handelsüblichen Kameras aufgenommen wurden, in der Lage, die verschiedenen Korallen zu klassifizieren.

"Mit diesem neuen System kann jeder an der Kartierung der Korallenriffe der Welt teilnehmen", Er erklärt Samuel Gardaz, Koordinator von TRSC-Projekten, „Dies wird die Forschung in diesem Bereich wirklich anregen und die Arbeitsbelastung, den Umfang der Ausrüstung und Logistik sowie die mit der IT verbundenen Kosten reduzieren".

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Kartieren Sie Hunderte Meter Korallenriff in wenigen Minuten

Wie wir in der gerade veröffentlichten Studie lesen: „Methoden in Ökologie und Evolution“"ein 100-Meter-Videoausschnitt, aufgenommen in 5 Minuten Tauchen mit a erschwingliche Verbraucherkamera können vollautomatisch in eine semantische Punktwolke umgewandelt werden 5 Minuten".

Eine wahre Revolution für Kartierung von Korallenriffen, was traditionell enorme Ressourcen, viel Zeit und die Arbeit eines Spezialisten erfordert. Diese Einschränkungen schränken die Leistung erheblich ein und verhindern sie in einigen Fällen sogar vollständig Überwachung von Korallenriffen von Ländern, die nicht über die notwendigen Ressourcen und technischen Fähigkeiten verfügen.

Dank des neuen Systems Künstliche Intelligenz künftig von Forschern der EPFL entwickelt Die Daten können von jedem erhoben werden, auch von Sporttauchern, sofern sie mit einer Kamera ausgestattet sind.

Sie müssen lediglich langsam über ein Korallenriff schwimmen und dabei Fotos machen. Sie werden genau richtig dienen gute Panzer und eine sehr langlebige Batterie zur Kartierung von Hunderten Metern Korallenriff.

Um größere Gebiete fotografieren zu können, haben Schweizer Forscher eine entwickelt PVC-Struktur Ausgestattet mit sechs Kameras (drei auf der Vorderseite und drei auf der Rückseite), die von derselben Person bedient werden können. Und dieses Gerät gibt es auch in kostengünstige Variante, um auch Tauchteams einzubeziehen, die über begrenzte Budgets verfügen.

"Eine wahre Revolution in der Welt des Ökosystemschutzes", er behauptet Guilhem Banc-Prandi, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Labor für Biologische Geochemie der Polytechnischen Universität Lausanne und wissenschaftlicher Leiter des TRSC.

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Ein digitaler Zwilling des Korallenriffs, um dessen Schutz zu erleichtern

Im Gegensatz zu älteren 3D-Mapping-Programmen hat DeepReefMap keine Probleme damit schlechte Beleuchtung und Beugung, typisch für Unterwasserbilder: le tiefe neuronale NetzeTatsächlich können sie sich an diese Bedingungen anpassen. Darüber hinaus funktionieren bestehende Programme nur mit hochauflösenden Bildern.

"Auch hinsichtlich des Maßstabs sind sie begrenzt: Bei einer Auflösung, bei der einzelne Korallen identifiziert werden können, sind die größten 3D-Karten mehrere Meter lang und erfordern einenenorm viel Zeit der Verarbeitung", Er erklärt Devis Tuia, Professor am ECEO. „Mit DeepReefMap sind wir nur dadurch eingeschränkt, wie lange der Taucher unter Wasser bleiben kann".

"Unser Ziel war es, ein System zu entwickeln, das für vor Ort tätige Wissenschaftler nützlich ist und schnell und umfassend eingesetzt werden kann.", Er erklärt Jonathan Sauder, der im Rahmen seiner Doktorarbeit an der Entwicklung von DeepReefMap gearbeitet hat.

"Unsere Methode erfordert keine teure Hardware“, unterstreicht der Forscher, „ein Computer mit einem einfachen Grafikprozessor ist ausreichend. Semantische Segmentierung und 3D-Rekonstruktion finden statt gleiche Geschwindigkeit wie die Videowiedergabe".

"Das System ist so einfach zu implementieren, dass wir es schaffen werden Überwachen Sie den Wandel der Korallenriffe im Laufe der Zeit, um vorrangige Schutzgebiete zu identifizieren“, fügt Banc-Prandi hinzu.

Die neuen 3D-Karten werden mit weiteren Daten angereichert, die von der Populationsgenetik bis zum Anpassungspotenzial von Korallen reichen. Dieser Prozess, erklärt der wissenschaftliche Leiter des TRSC, „könnte zur Entstehung von führen ein echter digitaler Zwilling des Korallenriffs".

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