Hărți de înaltă rezoluție și inteligență artificială pentru monitorizarea recifelor de corali
Cercetătorii de la Centrul de Studii ale Pământului prin Aer (ACES) din cadrul Școlii Rosenstiel de Științe Marine, Atmosferice și Terestre a Universității din Miami au dezvoltat două tehnologii de imagistică ce transformă modul în care sunt observate recifele de corali. Ambele studii, publicate în Frontiers in Marine Science, demonstrează cum imagistica avansată și inteligența artificială pot oferi atât perspective largi, cât și detaliate asupra ecosistemelor de recif.
Primul studiu a utilizat tehnologia NASA Airborne Fluid Lensing împreună cu inteligența artificială pentru a crea hărți detaliate ale unei suprafețe de peste 5 kilometri pătrați de habitat de recif în Golful Tumon, Guam. Tehnologia Fluid Lensing rezolvă o provocare majoră în imagistica aeriană: suprafața în continuă mișcare a oceanului. Valurile distorsionează lumina de la fundul mării, făcând recifele să apară neclare în imaginile aeriene convenționale. Sistemul capturează mii de imagini în succesiune rapidă și folosește efectul natural de mărire al valurilor pentru a reconstrui o imagine clară a recifului, rezolvând detalii de până la jumătate de centimetru în ape de circa 20 de metri adâncime.
Cercetătorii au studiat Golful Tumon în 2022 și din nou în 2024, comparând reciful înainte și după ce Taifunul Mawar, de categoria 4, a lovit Guamul în mai 2023, cu vânturi de 225 de kilometri pe oră. Hărțile au relevat o scădere de 59% a acoperirii cu corali masivi și o scădere de 35% a habitatului de recif frontal. Algele, care pot concura cu coralii pentru spațiu, au crescut cu 105%.
Spre deosebire de evaluările convenționale bazate pe un număr limitat de situri de scufundare, hărțile au oferit o înregistrare locație cu locație a schimbărilor din întregul golf. Voluntari instruiți și biologi marini au etichetat aproximativ 1% din imaginile din 2022, identificând corali ramificați, corali masivi, alge, nisip și resturi. Aceste date au antrenat un model de învățare profundă care a clasificat restul imaginilor cu o acuratețe de 88%.
PICOGRAM: măsurarea coralilor fotografie cu fotografie
Cel de-al doilea studiu abordează timpul necesar pentru analiza fotografiilor colectate în timpul cercetărilor submarine. Oamenii de știință examinează de obicei aceste imagini manual, conturând coloniile de corali și calculând procentul de acoperire. Procesarea unei colecții mari poate dura luni și necesită expertiză considerabilă.
Cercetătorii ACES, împreună cu oameni de știință de la Centrul de Științe Piscicole din Insulele Pacificului al NOAA și Universitatea din Hawaii at Manoa, au dezvoltat un sistem open-source de inteligență artificială numit PICOGRAM (Prediction of Individual Coral Organismal Growth, Recruitment, And Mortality) pentru a automatiza o mare parte din această muncă, păstrând în același timp supravegherea științifică.
PICOGRAM identifică coloniile de corali, le trasează contururile și estimează acoperirea coralilor din fotografii submarine standard. În loc să solicite oamenilor de știință să contureze manual mii de corali, sistemul învață din măști de antrenament generate automat pe baza caracteristicilor imaginii. Sistemul atribuie și un scor de încredere fiecărui rezultat, iar oamenii de știință pot revizui și corecta predicțiile incerte printr-o interfață interactivă simplă.
Testat pe 137 de fotografii analizate independent de ecologi marini, PICOGRAM a atins o suprapunere de 87,5% cu contururile desenate de experți în condiții familiare și de 82,5% în situri de recif necunoscute anterior. Estimările de acoperire a coralilor au corespuns îndeaproape măsurătorilor experților, cu o diferență medie de 1,2 puncte procentuale. Rezultatele incerte au necesitat, în medie, mai puțin de două clicuri de corectare pentru a ajunge la 90% concordanță cu adnotările experților.
Ambele tehnologii pot fi integrate în programele de monitorizare existente. Imaginile repetate din aceleași locații ar putea ajuta oamenii de știință să determine dacă acoperirea cu corali crește sau scade. Informațiile au consecințe dincolo de recif: coralii susțin pescuitul și turismul, oferă habitat pentru viața marină și ajută la reducerea energiei valurilor care ajung pe coastele vulnerabile.
