حماية التنوع البيولوجي: قصة نجاح Kashmir World Foundation مع Ultralytics YOLOv5 وYOLOv8

تأسست مؤسسة كشمير العالمية (KWF) في غريت فولز بولاية فرجينيا عام 2008، بهدف تطبيق أحدث التقنيات في مكافحة التهديدات التي تواجه الحياة البرية وحمايتها على مستوى العالم. وتبني KWF أنظمة ذاتية التشغيل وغير مأهولة وتشغّلها لدعم جهودها في الحفاظ على الحياة البرية ومكافحة الصيد الجائر. وفي عام 2013، بدأت KWF اعتماد الذكاء الاصطناعي في عملياتها.

وفقًا لـالصندوق العالمي للطبيعة (WWF)، يشكل فقدان الموائل أكبر تهديد وجودي لـ85% من جميع الأنواع المدرجة في «القائمة الحمراء»، التي تصنف الأنواع على أنها مهددة بالانقراض أو معرضة للخطر. وفي الوقت نفسه، يتزايد الطلب على الحيوانات البرية المصطادة لاستخدامها في الأدوية التقليدية أو الأطعمة الفاخرة أو كحيوانات أليفة غريبة، وتشير التقارير إلى ارتفاعه. ويهدد فقدان الموائل والصيد غير المشروع معًا التنوع البيولوجي العالمي، ويؤثران تأثيرًا كارثيًا في المجتمعات والبيئات المحلية.

وفي معرض حديثها عن التعاون الداخلي القوي، توضح المؤسسة والمديرة التنفيذية علياء باندولفي أن «طلابًا وأكاديميين ومهندسين وعلماء من جميع أنحاء العالم مستعدون للتطوع بوقتهم وخبراتهم». وتدار مؤسسة KWF بالكامل، بنسبة 100%، على يد متطوعين من جميع أنحاء العالم. وبفضل عملهم، أحرزت المؤسسة تقدمًا كبيرًا في حماية الأنواع المهددة والمهددة بالانقراض، مثل قطط الرمال في قطر والسلاحف البحرية في كوستاريكا ونمور الثلوج في جبال الهيمالايا.

«نفعل هذا جميعًا لأننا نحب الحيوانات، لكن الأهم من ذلك أننا نريد استخدام مهاراتنا لفعل الخير في العالم وإحداث تغيير إيجابي لهذه الأنواع التي قد لا تتمكن من البقاء لولا ذلك.» علياء باندولفي، المؤسِّسة والمديرة التنفيذية، مؤسسة كشمير العالمية

مكافحة مشكلة الصيد الجائر#

يصعب للغاية على العاملين في مجال الحفاظ على الحياة البرية الوصول إلى المواقع التي يحدث فيها الصيد الجائر في كثير من الحالات. ويتعين على KWF مواجهة أربعة عوائق رئيسية في جهودها للحفاظ على الحياة البرية في المناطق النائية من العالم:

• أنماط الطقس الخطرة
• العوامل الاجتماعية والسياسية غير المتوقعة
• التضاريس الوعرة
• نقص الموارد اللازمة لإرسال الأفراد إلى هذه المناطق في جميع الأوقات

في الماضي، كان دعاة الحفاظ على البيئة يضعون أجهزة تسجيل الفيديو في الميدان لمشاهدة اللقطات لاحقًا. ومع وجود مئات أو آلاف الساعات من التسجيلات، تعتمد هذه العملية على المشاهد في اكتشاف أنواع الحيوانات والصيادين غير القانونيين وتحديدهم بدقة. وقد أثبت هذا النهج أنه يضع دعاة الحفاظ على البيئة في موقف غير مواتٍ بسبب ضيق الوقت والأخطاء البشرية. وأدرك متطوعو مؤسسة KWF أنهم بحاجة إلى تجهيز أفضل لمواجهة الصيادين والصيد غير القانوني.

يشكل التطور الحتمي للتكنولوجيا سلاحًا ذا حدين. فمع تحسن جودتها وزيادة سهولة الوصول إليها، يستطيع كل من العاملين في مجال الحفاظ على الحياة البرية والجهات السيئة استخدام أحدث التقنيات. وللحفاظ على قدرتهم التنافسية، ينبغي للعاملين في هذا المجال الاستعداد لتسخير إمكانات أحدث التقنيات والاستفادة منها.

الطريق إلى الأمام بأسلوب مبتكر#

احتاجت باندولفي إلى حل ميداني فعّال يزود KWF بمعلومات آنية. ولأنها كانت بحاجة إلى حل يزيل الخطأ البشري ويواجه العوائق الأربعة الرئيسية، أدركت أن بضع ثوانٍ قد تصنع فارقًا في مهمة لمكافحة الصيد الجائر، ما يعني أن الرؤى الآنية يمكن أن تسهم مباشرةً في منع قتل حيوان.

وبفضل إبداعها، فكرت باندولفي في التقنيات والموارد اللازمة للمشروع. وعلى الرغم من أن كثيرًا من التقنيات التي تحتاج إليها متاح اليوم، فإن باندولفي تتوقع طرح أجهزة وبرمجيات يُفترض أن تصبح متاحة في المستقبل القريب. وقادت فريقها في مؤسسة KWF إلى تطوير أساليب تعتمد على الطائرات المسيّرة والذكاء الاصطناعي ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

«في بداية هذا المشروع، كانت لدى المجتمع شكوك كثيرة. قيل لي إن الفكرة جنونية ومستحيلة، وإنني لا أستطيع تنفيذها وإن التقنية غير موجودة، لكنني كنت أفكر على المدى الطويل؛ إذ كان لا بد من تطوير علوم الحاسوب وقدرات الطائرات المسيّرة ودمجها معًا من أجل هذا المشروع.»

من خلال وضع مجموعة متنوعة من الكاميرات والمستشعرات في المواقع المعرضة للخطر، تحصل KWF على بيانات من مواقع حول العالم، ما يوفر لها رؤى قابلة للتنفيذ لاتخاذ قرارات في أجزاء من الثانية.

تقول باندولفي: «تخيل أن هناك صيادين غير قانونيين في موقع معين؛ نريد أن نتمكن من تتبعهم وتنبيه حراس المتنزهات إلى مواقعهم، حتى يتسنى لهم اعتراضهم وإيقافهم قبل أن يقتلوا أي حيوان».

لماذا YOLOv5؟#

نظرًا إلى الحاجة إلى اكتشاف الكائنات آنيًا، كان على KWF أن تكون مخرجات النموذج دقيقة وموثوقة للغاية. وعند مقارنة الخيارات، درس دان إلتينك، قائد فريق الذكاء الاصطناعي في KWF الذي ترأسه باندولفي، وهو طالب في هولندا، أداء كل من YOLOv4 وYOLOv5. وقد دفعت عدة نقاط تميّز في YOLOv5 فريق KWF إلى اختياره لمشاريعه:

• تطلبت نماذج YOLOv5 تدريبًا باستخدام صور أقل.
• جعلت طبيعة التقنية مفتوحة المصدر الوصول إليها سهلًا للغاية لفريق KWF.
• لم يكن منحنى تعلم YOLOv5 حادًا.

تعتمد KWF على فريق من المتطوعين والمهندسين والمتدربين من جميع أنحاء العالم لبناء التقنية اللازمة لجهودها في الحفاظ على الحياة البرية. وكثير من المتدربين طلاب في المرحلة الثانوية، وبعضهم لا يملك سوى خبرة محدودة أو لا يملك أي خبرة في YOLOv5. ولاحظت باندولفي أن حتى الأقل خبرةً منهم استطاعوا تشغيل YOLOv5 في أقل من ثلاثة أسابيع.

إضافةً إلى ذلك، جعل التكامل مع منصة لتتبع التجارب ضبط النماذج ومجموعات البيانات بدقة أمرًا مباشرًا، ما أتاح لـKWF تحقيق أقصى أداء لنماذج YOLOv5 في الميدان.

«كان YOLOv5 دقيقًا وساعدنا على إنقاذ الحيوانات قبل قتلها، وكان ذلك هدفنا الأسمى.»

تقول باندولفي إن فريقها في مؤسسة KWF كان سيشعر بالإحباط لولا YOLOv5. فقبل تطبيق اكتشاف الأجسام، لم تكن مشاريع الحفاظ على البيئة تمتلك حجم البيانات الأمثل. في أوائل عام 2023، ستنقل مؤسسة KWF عملها إلى Ultralytics YOLOv8، أحدث إصدار آنذاك من عائلة معماريات الذكاء الاصطناعي للرؤية YOLO (وقد حلّ محله لاحقًا Ultralytics YOLO26).

نشر YOLOv5#

تنشر KWF حاليًا YOLOv5 لاكتشاف الكائنات باستخدام مستشعرات في الميدان. وترسل هذه الأجهزة البيانات إلى علماء الأحياء، الذين يمكنهم بعد ذلك تحليل المعلومات واستخلاص رؤى قابلة للتنفيذ. وفي العام المقبل، تهدف KWF إلى تدريب YOLOv5 على مجموعات بيانات تتضمن صورًا ملتقطة بالطائرات المسيّرة، ثم نشر هذه الطائرات في الميدان.

مشاريع الحفاظ على الحياة البرية#

السلاحف البحرية#

توجد سبعة أنواع مختلفة من السلاحف البحرية في العالم، وخمسة منها مدرجة ضمن الأنواع المهددة في القائمة الحمراء للاتحاد الدولي لحفظ الطبيعة (IUCN). وعندما تضع إناث السلاحف البحرية البيض، تصعد إلى الشواطئ وتحفر أعشاشاً في الرمال تضع فيها بيضها. وقد تستغرق هذه العملية عدة ساعات، لكن الإناث تعود إلى الماء بعد انتهائها، تاركةً البيض ليفقس في الرمال خلال 55-65 يوماً. وبعد رحيل الأمهات نهائياً، يُترك البيض دون دفاع يُذكر أمام الصيادين غير القانونيين والحيوانات المفترسة والعوامل الطبيعية.

في الماضي، كان العاملون في مجال الحفاظ على الحياة البرية يتتبعون السلاحف البحرية بتحديد جميع المواقع التي توجد فيها أعشاش على الشاطئ. وإذا كانت التهديدات في هذه المناطق كبيرة، كانوا ينقلون الأعشاش مؤقتًا إلى مكان أكثر أمانًا، ثم يطلقون السلاحف في المحيط بعد فقس البيض.

قد تتضمن هذه العملية السير يدويًا على الشواطئ التي يبلغ طولها 30 ميلًا أو أكثر وتحديد الأعشاش. وقد ثبتت صعوبة توفير عدد كافٍ من الأفراد لتنفيذ هذه العملية يوميًا، ولا سيما خلال فترات الإغلاق بسبب COVID-19.

إضافة إلى ذلك، ثبت أحيانًا أن وضع علامات على أعشاش السلاحف البحرية يأتي بنتائج عكسية. فليس الصيادون غير القانونيين وحدهم من قد يبحثون عن الأعشاش التي وُضعت عليها علامات، بل إن الخنازير تعلمت أيضًا أن العلامات تشير إلى وجود أعشاش قريبة للسلاحف البحرية، ما دفعها إلى أكل البيض.

رأت KWF فرصة لتحسين هذه العملية من خلال تقليل الحاجة إلى الأيدي العاملة واستبدال العلامات التي يسهل تمييزها. وباستخدام أنظمة جوية ذاتية التشغيل قائمة على YOLOv5 لاكتشاف أعشاش السلاحف البحرية وتحديد مواقعها ووصف خصائصها، أمكن لعلماء الأحياء تلقي معلومات آنية عن الأعشاش، بما في ذلك مساراتها ومواقعها الجغرافية، وبذلك لم تعد هناك حاجة إلى أن يسير علماء الأحياء على الشواطئ ويحددوا الأعشاش يدويًا.

نمور الثلج#

يسمح فراء نمور الثلج الأبيض الكثيف ذو الوريدات الداكنة لها بالتمويه ببراعة في بيئة جبال الهيمالايا. وهي في البرية مفترسات قمة السلسلة الغذائية ولا تملك مفترسات طبيعية. غير أنه نظرًا إلى الطلب المرتفع للغاية على فرائها وأجزاء أخرى من أجسامها في مجال الأزياء والطب التقليدي، إلى جانب فقدان الموائل وتجزئتها، يُقدّر أن عدد نمور الثلج المتبقية في البرية يتراوح بين 4,000 و6,500.

ثبت أن جهود الحفاظ على نمور الثلج بالغة الصعوبة نتيجةً للعوامل التي تسهم في قسوة البيئة التي تعيش فيها:

• الارتفاعات الشاهقة
• تساقط الثلوج بكثافة
• درجات الحرارة المتجمدة
• الرياح العاتية
• الأخاديد شديدة الانحدار
• التضاريس الوعرة

بالإضافة إلى ذلك، من النادر للغاية رصد نمور الثلج في البرية. لذلك، تعمل مؤسسة كشمير العالمية (KWF) على تطوير نهج آلي لحماية هذه السنوريات الكبيرة، باستخدام تكنولوجيا الطائرات المسيّرة لتعقبها وحمايتها. وفي الوقت الراهن، لا تزال تكنولوجيا الطائرات المسيّرة قيد التطوير حتى تصبح الآلات قادرة على العمل في الظروف اللازمة لتعقب نمور الثلج، على ارتفاع يتراوح بين 20,000 و22,000 قدم.

عندما تصبح التقنية متاحة، تعتزم مؤسسة KWF استخدام YOLOv5 في المستشعرات وعلى الطائرات المسيّرة، ثم نشرها في جبال الهيمالايا. ولأغراض التتبع، ستتمكن هذه المستشعرات والطائرات المسيّرة من اكتشاف آثار الأقدام في الثلج، التي غالبًا ما تزيلها الرياح بسرعة. وستُنقل هذه المعلومات الآنية إلى علماء الأحياء ودعاة الحفاظ على البيئة.

زُر موقع مؤسسة كشمير العالمية واكتشف كيف يمكنك إحداث فرق في جهودها للحفاظ على البيئة في جميع أنحاء العالم.