Спостерігач у рухомому літаку пропускає приблизно кожного 10-го слона. Алгоритм не втомлюється.
Облік чисельності диких тварин - основа збереження природи. Кожне управлінське рішення, від маршрутів антибраконьєрських патрулів до бюджетів на захист середовища існування, залежить від знання того, скільки тварин живе на території. Протягом десятиліть стандартний метод залишався незмінним: літати низько над місцевістю і рахувати те, що бачиш. Проблема в тому, що людські очі в рухомому літаку не дуже добре справляються з цим завданням.
Традиційна аерозйомка та її обмеження
Стандартний облік диких тварин виглядає так: навчені спостерігачі нахиляються з низьколітаючого літака (зазвичай на висоті 60-100 метрів над землею) і рахують тварин у визначеній смузі з обох боків. Вони фіксують види, розміри груп і місцезнаходження на папері або за допомогою диктофона, часто протягом 6-8 годин поспіль.
Проблеми добре задокументовані. Втома спостерігача настає вже після першої години, і точність неухильно знижується. Різні спостерігачі, які рахують один і той самий трансект, регулярно отримують результати, що відрізняються на 10-30%. Тварин у тіні, за кущами або в плямистому лісі часто пропускають. Погода, турбулентність і висота вносять додаткову варіативність. А самі польоти дорогі й небезпечні: низьковисотні облікові польоти - один з найризикованіших видів діяльності в охороні природи.
Як ІІ змінює підрахунок
Аерозйомка з ІІ перевертає робочий процес. Замість того щоб покладатися на спостерігачів для виявлення та підрахунку тварин у реальному часі, літак (або дрон) робить фотографії високої роздільності всієї обстежуваної території. Вже на землі модель виявлення сканує кожне зображення і позначає кожну знайдену тварину.
Модель виявлення, як правило згорткова нейронна мережа типу RetinaNet, обробляє зображення за один прохід. Вона ідентифікує тварин за формою, розміром і контрастом із фоном, потім ставить маркер на кожне виявлення з оцінкою достовірності. Людина-рецензент перевіряє позначені зображення та граничні випадки, але основний підрахунок виконується автоматично.
Дослідження, опубліковане у працях Вагенінгенського університету з вивчення популяцій тварин, показало, що RetinaNet виявила 95% слонів, 91% жирафів і 90% зебр порівняно з експертною розміткою, при цьому додатково коректно ідентифікувала від 2,8 до 4,0% тварин, яких анотатори повністю пропустили. Модель давала лише від 1,6 до 5,0 хибнопозитивних спрацювань на одне справжнє виявлення.
Дослідження в журналі Frontiers in Conservation Science показало, що методи з ІІ можуть знизити стандартну похибку оцінки чисельності популяції на 31-67% порівняно з ручними методами, з потенціалом збільшення обсягу вибірки на 160-1050% за тих самих витрат. Це означає більше обстеженої території, частіше, за той самий бюджет.
Які види підходять найкраще
Не всі види однаково легко підрахувати з повітря за допомогою ІІ. Найкращі результати досягаються для великих, добре помітних тварин у відкритих місцях існування.
Слони, корови, зебри та антилопи гну - ідеальні кандидати. Їхній розмір полегшує виявлення, а відкрита савана забезпечує сильний контраст.
Фламінго, пінгвіни та колонії морських птахів розташовуються щільними, добре видимими групами на відкритій місцевості. ІІ чудово рахує тисячі особин на одному зображенні.
Тюлені, морські леви та моржі на узбережжі добре видні зверху. Тепловізійна зйомка додає другий канал виявлення.
Фермери та управлінці дикої природи використовують ті самі методи для підрахунку корів, коней та оленів на відкритих пасовищах.
Перевага перевірюваності
Одна з найбільш недооцінених переваг фотообліків - постійність даних. Традиційний підрахунок спостерігачем - це число на планшеті. Його не можна перевірити, оскаржити або покращити після польоту.
Фотографія - це постійний доказ. Кожне зображення, зроблене під час ІІ-обліку, можна архівувати, повторно перевірити іншими рецензентами та обробити заново через роки за допомогою покращених алгоритмів. Якщо нова модель на 5% точніша за минулорічну, можна запустити її на минулорічних знімках і отримати кращу історичну оцінку без повторного польоту.
Так формується зростаючий набір даних, який з часом стає все ціннішим. Природоохоронні організації, такі як Wild Me, створили платформи з відкритим вихідним кодом (наприклад, Scout), які дозволяють дослідникам з усього світу робити внесок і повторно аналізувати аерофотознімки. Науковим записом стає сама фотографія, а не отриманий з неї підрахунок.
Де ІІ-підрахунок усе ще має труднощі
Аеропідрахунок з ІІ ефективний, але не універсальний. Низка умов залишається справді складною.
- Густа рослинність - Тварини під щільним пологом дерев невидимі для звичайних камер. Лісових слонів і приматів досі складно обліковувати з повітря.
- Нічні види - Істоти, активні лише вночі, потребують тепловізійної або інфрачервоної зйомки, яка має нижчу просторову роздільність, ніж денні RGB-камери.
- Водні тварини під поверхнею - Морських мешканців під водою, таких як дельфіни чи риби, неможливо надійно виявити на аерофотознімках.
- Дрібні або замасковані види - Тварини, що зливаються з оточенням, наприклад зайці на сухій траві, доводять моделі виявлення до межі їхніх можливостей.
- Екстремальна погода - Хмарність, дощ і сильний вітер погіршують якість зображень і можуть повністю заземлити дрони та літаки.
Як розпочати ІІ-підрахунок диких тварин
- Оберіть платформу- Споживчий дрон (DJI Mavic або аналогічний) підходить для невеликих територій; пілотовані літаки або дрони з фіксованим крилом покривають більші заповідники.
- Сплануйте маршрут польоту- Використовуйте автоматичну навігацію за путніми точками для забезпечення постійної висоти та повного покриття території з перекриттям знімків.
- Знімайте у правильний час- Ранкове або вечірнє світло зменшує різкі тіні. Уникайте полудня, коли тварини ховаються в тіні.
- Обробіть за допомогою моделі виявлення- Завантажте зображення на платформу ІІ-підрахунку. Серед рішень з відкритим кодом - Scout від Wild Me для виявлення диких тварин.
- Перевірте позначені виявлення- Вручну перевірте маркери з низькою достовірністю та граничні випадки. Такий гібридний підхід максимізує точність.
- Архівуйте все- Зберігайте оригінали зображень разом із даними підрахунку. Майбутні алгоритми витягнуть ще більше користі з сьогоднішніх фотографій.
Підсумок
Збереження дикої природи залежить від точних даних про чисельність популяцій, і протягом десятиліть найкращим доступним інструментом був втомлений спостерігач у шумному літаку. ІІ-аеропідрахунок не замінює людську експертизу в охороні природи, але прибирає з процесу вузьке місце ручного підрахунку.
Коли заповіднику наступного разу знадобиться оцінка чисельності, найточнішу відповідь дасть камера, а не планшет із блокнотом. І на відміну від блокнота, фотографії будуть корисними й через десять років.