حماية التنوع البيولوجي: قصة نجاح مؤسسة Kashmir World Foundation مع Ultralytics YOLOv5 و YOLOv8

تأسست مؤسسة كشمير العالمية (KWF) في جريت فولز، فيرجينيا في عام 2008 بهدف تطبيق أحدث التقنيات في مكافحة الحفاظ على الحياة البرية وحمايتها على نطاق عالمي. تقوم مؤسسة كشمير العالمية ببناء وتشغيل أنظمة مستقلة وغير مأهولة تدعم جهودها في الحفاظ على البيئة ومكافحة الصيد غير المشروع. في عام 2013، بدأت مؤسسة كشمير العالمية في تبني الذكاء الاصطناعي في عملياتها.

وفقًا لـ الصندوق العالمي للطبيعة (WWF)، يمثل فقدان الموائل أكبر خطر وجودي على 85٪ من جميع الأنواع المدرجة في “القائمة الحمراء”، والتي تصنف الأنواع على أنها مهددة بالانقراض أو معرضة للخطر. في الوقت نفسه، يلوح في الأفق الطلب على الحيوانات البرية التي يتم اصطيادها بشكل غير قانوني لاستخدامها في الأدوية التقليدية أو الأطعمة الشهية أو الحيوانات الأليفة الغريبة، وقد ازداد حسب التقارير. يشكل فقدان الموائل والصيد غير المشروع معًا تهديدًا للتنوع البيولوجي العالمي ولهما آثار كارثية على المجتمعات والبيئات المحلية.

نقلاً عن التعاون الداخلي القوي، أوضحت المؤسسة والمديرة التنفيذية، عالية باندولفي أن “الطلاب والأكاديميين والمهندسين والعلماء من جميع أنحاء العالم على استعداد للتطوع بوقتهم وخبراتهم.” يتم تشغيل مؤسسة كشمير العالمية بنسبة 100٪ من قبل متطوعين من جميع أنحاء العالم. من خلال عملهم، حققت مؤسسة كشمير العالمية خطوات كبيرة في حماية الأنواع المهددة والعديد من الأنواع المهددة بالانقراض مثل قطط الرمال في قطر، والسلاحف البحرية في كوستاريكا، والنمور الثلجية في جبال الهيمالايا.

“نحن جميعًا نفعل هذا لأننا نحب الحيوانات، ولكن الأهم من ذلك أننا نريد استخدام مهاراتنا لفعل الخير في العالم وإحداث تغيير إيجابي لهذه الأنواع التي قد لا تنجو لولا ذلك.”

عالية باندولفي
المؤسس والمدير التنفيذي لمؤسسة كشمير العالمية

مكافحة مشكلة الصيد غير المشروع

في كثير من الحالات، يجد دعاة الحفاظ على البيئة صعوبة بالغة في الوصول إلى المواقع التي يحدث فيها الصيد غير المشروع. يجب على مؤسسة KWF مواجهة أربع عقبات رئيسية في جهودها للحفاظ على البيئة في المناطق النائية من العالم:

• أنماط الطقس الخطيرة
• عوامل اجتماعية وسياسية غير متوقعة
• تضاريس وعرة
• نقص الموارد لإرسال أفراد إلى هذه المناطق في جميع الأوقات

في الماضي، كان دعاة الحفاظ على البيئة يضعون أجهزة تسجيل فيديو في الميدان بهدف مشاهدة اللقطات لاحقًا. مع وجود مئات الآلاف من الساعات من اللقطات، تعتمد هذه العملية على المشاهد للكشف عن الأنواع الحيوانية والصيادين غير الشرعيين وتحديدهم بدقة. نظرًا لضيق الوقت والخطأ البشري، أثبت هذا النهج أنه يضع دعاة الحفاظ على البيئة في وضع غير مؤات. علم المتطوعون في مؤسسة KWF أنهم بحاجة إلى أن يكونوا مجهزين بشكل أفضل لاتخاذ موقف ضد الصيادين غير الشرعيين والصيد غير القانوني.

يمثل التقدم الحتمي للتكنولوجيا سلاحًا ذا حدين. مع استمرار تحسن جودتها وتوفرها، يمكن لكل من دعاة الحفاظ على البيئة والجهات الفاعلة السيئة الحصول على أحدث التقنيات. للحفاظ على القدرة التنافسية، يجب أن يكون دعاة الحفاظ على البيئة مستعدين لتسخير قوة أحدث التقنيات لاستخدامها لصالحهم.

الطريقة الإبداعية للمضي قدمًا

احتاجت Pandolfi إلى حل فعال في الميدان يوفر لـ KWF معلومات في الوقت الفعلي. ولأنها كانت بحاجة إلى حل يزيل الخطأ البشري ويواجه العقبات الرئيسية الأربع، كانت تعلم أن حتى بضع ثوانٍ يمكن أن تحدث فرقًا في مهمة مكافحة الصيد غير المشروع، مما يعني أن الرؤى في الوقت الفعلي يمكن أن تلعب دورًا مباشرًا في منع قتل الحيوانات.

مع وجود الإبداع إلى جانبها، نظرت Pandolfi في التكنولوجيا والموارد اللازمة للمشروع. في حين أن الكثير من التكنولوجيا التي تحتاجها متاحة في الوقت الحاضر، إلا أن Pandolfi تتوقع إصدار الأجهزة والبرامج التي يجب أن تصبح متاحة في المستقبل القريب، مما يقود فريقها في KWF لتطوير مناهج تستخدم الطائرات بدون طيار والذكاء الاصطناعي وقدرات GPS.

في بداية هذا المشروع، كانت هناك العديد من الشكوك من المجتمع. قيل لي إنه جنون، ومستحيل، ولا يمكنك فعل ذلك، والتكنولوجيا غير موجودة، لكنني كنت أفكر على المدى الطويل، يجب أن تتطور قدرات علوم الكمبيوتر والطائرات بدون طيار وتندمج معًا لهذا المشروع.

من خلال وضع مجموعة متنوعة من الكاميرات وأجهزة الاستشعار في المواقع المعرضة للخطر، تتلقى KWF بيانات من مواقع حول العالم، مما يوفر لها رؤى قابلة للتنفيذ لاتخاذ قرارات في أجزاء من الثانية.

تقول Pandolfi: "تخيل أن هناك صيادين في موقع معين، نريد أن نكون قادرين على تتبعهم وتنبيه الحراس إلى موقعهم حتى يتمكنوا من اعتراض الصيادين وإيقافهم قبل أن يقتلوا أي حيوانات."

لماذا YOLOv5؟

نظرًا للحاجة إلى اكتشاف الأجسام في الوقت الفعلي، احتاجت KWF إلى أن تكون مخرجات نموذجها دقيقة وموثوقة للغاية. عند تقييم خياراتها، قام Daan Eeltink، قائد فريق الذكاء الاصطناعي في KWF التابع لـ Pandolfi، وهو طالب في هولندا، بمقارنة أداء YOLOv4 و YOLOv5. مع YOLOv5، أدت عدة نقاط تمايز إلى اختيار الفريق في KWF له لمشاريعهم:

• تطلبت نماذج YOLOv5 التدريب باستخدام عدد أقل من الصور.
• إن جانب المصدر المفتوح للتكنولوجيا جعلها في متناول فريق KWF بدرجة كبيرة.
• لم يكن منحنى التعلم لـ YOLOv5 حادًا.

تعتمد KWF على فريق من المتطوعين والمهندسين والمتدربين من جميع أنحاء العالم لبناء التكنولوجيا اللازمة لجهودهم في مجال الحفظ. العديد من المتدربين هم طلاب في المدارس الثانوية، وبعضهم لديهم خبرة قليلة أو معدومة في YOLOv5. رأى باندولفي أنه حتى أولئك الذين لديهم أقل قدر من الخبرة السابقة كانوا قادرين على تشغيل YOLOv5 في أقل من ثلاثة أسابيع.

بالإضافة إلى ذلك، فإن التكامل مع نظام أساسي لتتبع التجارب جعل عملية الضبط الدقيق للنماذج ومجموعات البيانات أمرًا مباشرًا، مما سمح لـ KWF بزيادة أداء نماذج YOLOv5 الخاصة بها في هذا المجال.

“كان YOLOv5 دقيقًا وساعدنا في إنقاذ الحيوانات قبل قتلها، وهو ما كان هدفنا النهائي.”

بدون YOLOv5، تقول باندولفي إن فريقها في KWF سيشعر بالإحباط. قبل تطبيق اكتشاف الكائنات، كانت مشاريع الحفظ تفتقر إلى الكمية المثالية من البيانات.

في أوائل عام 2023، ستقوم KWF بنقل عملها إلى Ultralytics YOLOv8، أحدث إصدار في عائلة YOLO لهياكل الذكاء الاصطناعي البصري.

نشر YOLOv5

في الوقت الحالي، تنشر KWF نظام YOLOv5 لاكتشاف الكائنات على أجهزة الاستشعار في هذا المجال. ترسل هذه الأجهزة بيانات إلى علماء الأحياء الذين يتمكنون بعد ذلك من تحليل المعلومات وإنشاء رؤى قابلة للتنفيذ. في العام المقبل، تهدف KWF إلى تدريب YOLOv5 على مجموعات بيانات تحتوي على صور من الطائرات بدون طيار، ثم نشر هذه الطائرات بدون طيار في هذا المجال.

مشاريع الحفظ

السلاحف البحرية

يوجد سبعة أنواع مختلفة من السلاحف البحرية في العالم، ويعتبر كل نوع منها مهددًا بالانقراض. عند وضع البيض، تأتي إناث السلاحف البحرية إلى الشواطئ وتحفر أعشاشًا في الرمال حيث تضع بيضها بعد ذلك. يمكن أن تستغرق هذه العملية عدة ساعات، ولكن بمجرد الانتهاء من ذلك، تعود إناث السلاحف البحرية إلى الماء، تاركة بيضها ليحتضن في الرمال لمدة 55-65 يومًا. عندما تغادر الأمهات إلى الأبد، تُترك البيض مع عدد قليل من الدفاعات ضد الصيادين والحيوانات المفترسة والعناصر الطبيعية.

في الماضي، كان نهج دعاة الحفاظ على البيئة لتتبع السلاحف البحرية يتمثل في تحديد جميع المواقع على الشاطئ التي توجد بها أعشاش. وإذا كانت التهديدات في هذه المناطق عالية، يقوم دعاة الحفاظ على البيئة بنقل الأعشاش إلى موقع أكثر أمانًا في الوقت الحالي، وإطلاق السلاحف في المحيط بمجرد فقسها.

قد تتضمن هذه العملية السير يدويًا على الشواطئ التي يبلغ طولها 30 ميلاً أو أكثر وتحديد الأعشاش. وقد ثبت أن توفير كمية كافية من القوى العاملة لتنفيذ هذه العملية كل يوم أمر صعب، خاصة خلال عمليات الإغلاق بسبب COVID-19.

بالإضافة إلى ذلك، تبين أن تحديد أعشاش السلاحف البحرية في بعض الأحيان يأتي بنتائج عكسية. فليس فقط الصيادون غير الشرعيين هم من يمكنهم البحث عن الأعشاش التي تم تحديدها، ولكن الخنازير كانت قادرة أيضًا على تعلم أن العلامات تعني وجود أعشاش للسلاحف البحرية في مكان قريب مما أدى بها إلى أكل البيض.

رأت مؤسسة كشمير العالمية (KWF) فرصة للتحسين في هذه العملية عن طريق تقليل عامل القوى العاملة واستبدال العلامات التي يمكن التعرف عليها بسهولة. من خلال إعداد أنظمة جوية ذاتية التشغيل باستخدام YOLOv5 لاكتشاف وتحديد وتوصيف أعشاش السلاحف البحرية، يمكن لعلماء الأحياء تلقي معلومات في الوقت الفعلي حول أعشاش السلاحف البحرية، بما في ذلك مساراتها وموقعها الجغرافي، وبالتالي الاستغناء عن حاجة علماء الأحياء إلى السير يدويًا على الشواطئ وتحديد الأعشاش.

النمور الثلجية

يسمح الفراء الأبيض السميك للنمور الثلجية، والذي يحتوي على وردات مرقطة داكنة، بالتمويه بشكل مثالي في المناظر الطبيعية لجبال الهيمالايا. في البرية، تعتبر من الحيوانات المفترسة التي تقع على قمة السلسلة الغذائية ولا يوجد لديها حيوانات مفترسة طبيعية. ومع ذلك، نظرًا للطلب المرتفع للغاية على فرائها وأجزاء أخرى من الجسم في مجال الموضة والطب التقليدي إلى جانب فقدان الموائل وتجزئتها، تشير التقديرات إلى أنه لم يتبق سوى ما بين 4000 و 6500 نمر ثلجي في البرية.

لقد ثبت أن جهود الحفاظ على النمور الثلجية صعبة للغاية نتيجة للعوامل التي تساهم في البيئة القاسية التي توجد فيها:

• المرتفعات الشاهقة
• تساقط الثلوج المفرط
• درجات الحرارة المتجمدة
• رياح قوية
• وديان شديدة الانحدار
• تضاريس وعرة

بالإضافة إلى ذلك، من النادر للغاية رصد النمور الثلجية في البرية. ونتيجة لذلك، تقوم مؤسسة كشمير العالمية (KWF) بتطوير نهج آلي لحماية هذه القطط الكبيرة، وذلك باستخدام تكنولوجيا الطائرات بدون طيار لتتبعها وحمايتها. في هذا الوقت، لا تزال تكنولوجيا الطائرات بدون طيار قيد التطوير حتى تتمكن من الوصول إلى النقطة التي يمكن للآلات أن تعمل فيها في الظروف اللازمة لتتبع النمور الثلجية، والتي تتراوح بين 20000 و 22000 قدم.

بمجرد توفر التكنولوجيا، تعتزم مؤسسة كشمير العالمية (KWF) استخدام YOLOv5 في المستشعرات وعلى الطائرات بدون طيار، والتي سيتم نشرها بعد ذلك في جبال الهيمالايا. لأغراض التتبع، ستتمكن هذه المستشعرات والطائرات بدون طيار من اكتشاف آثار الأقدام في الثلج، والتي عادة ما تتطاير بسرعة مع الرياح. سيتم بعد ذلك نقل هذه المعلومات في الوقت الفعلي إلى علماء الأحياء ودعاة الحفاظ على البيئة.

تفضل بزيارة موقع مؤسسة كشمير العالمية (Kashmir World Foundation) على الإنترنتوتعرّف على كيف يمكنك المساعدةفي إحداث فرقفي جهودهم للحفاظ على البيئة في جميع أنحاء العالم.

‍