حماية التنوع البيولوجي: قصة نجاح مؤسسة عالم كشمير العالمية 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.

ووفقاً للصندوق العالمي للطبيعة، فإن فقدان الموائل يشكل أكبر خطر وجودي على 85% من جميع الأنواع المدرجة في "القائمة الحمراء"، التي تصنف الأنواع على أنها مهددة بالانقراض أو مهددة بالانقراض. وفي الوقت نفسه، يلوح في الأفق الطلب على الحيوانات البرية التي يتم صيدها بشكل غير مشروع لاستخدامها في الأدوية التقليدية أو الأطباق الشهية أو الحيوانات الأليفة الغريبة، وقد ازدادت التقارير عن ذلك. ويهدد فقدان الموائل والصيد غير المشروع معاً التنوع 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 إعادة مشاهدة اللقطات في وقت لاحق. ومع وجود مئات وآلاف الساعات من اللقطات المصورة، تعتمد هذه العملية على المشاهد detect الدقيق detect أنواع الحيوانات والصيادين على حد سواء وتحديدها. ونظراً لضيق الوقت والخطأ البشري، فقد أثبت هذا النهج أنه يضع القائمين على الحفاظ على البيئة في وضع غير مواتٍ. أدرك المتطوعون في الصندوق الكويتي لحماية الطبيعة أنهم بحاجة إلى أن يكونوا مجهزين بشكل أفضل لاتخاذ موقف ضد الصيادين والصيد غير المشروع.

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

وبسبب الحاجة إلى الكشف عن الأجسام في الوقت الفعلي، احتاجت مؤسسة KWF إلى أن تكون مخرجات نموذجها دقيقة وموثوقة للغاية. وفي سياق تقييمها لخياراتها، قارن قائد فريق الذكاء الاصطناعي في مؤسسة KWF، الطالب الهولندي دان إيلتينك، بين أداء YOLOv4 و YOLOv5. مع YOLOv5 دفعت العديد من نقاط التمايز فريق العمل في KWF إلى اختياره لمشاريعهم:

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

وتعتمد مؤسسة KWF على فريق من المتطوعين والمهندسين والمتدربين من جميع أنحاء العالم لبناء التكنولوجيا اللازمة لجهودها في مجال الحفاظ على البيئة. العديد من المتدربين هم من طلاب المدارس الثانوية، وبعضهم لديه خبرة بسيطة أو ليس لديه أي خبرة في YOLOv5. رأى باندولفي أنه حتى أولئك الذين لديهم أقل خبرة سابقة تمكنوا من تشغيل YOLOv5 في أقل من ثلاثة أسابيع.

بالإضافة إلى ذلك، أدى التكامل مع منصة تتبع التجارب إلى جعل ضبط النماذج ومجموعات البيانات أمرًا سهلاً ومباشرًا، مما سمح لمؤسسة KWF بتحقيق أقصى قدر من الأداء لنماذج YOLOv5 في الميدان.

"لقد كانYOLOv5 دقيقاً وساعدنا في إنقاذ الحيوانات قبل قتلها، وهو هدفنا النهائي."

تقول باندولفي إنه بدون YOLOv5 سيصاب فريقها في مؤسسة KWF بالإحباط. فقبل تنفيذ عملية الكشف عن الأجسام، كانت مشاريع الحفظ تفتقر إلى الكمية المثلى من البيانات.

في أوائل عام 2023، سينقل صندوق KWF عملهم إلى Ultralytics YOLOv8وهو الإصدار الأحدث في عائلة YOLO من بنيات الذكاء الاصطناعي للرؤية.

نشر YOLOv5

في الوقت الحالي، تنشر مؤسسة KWF YOLOv5 للكشف عن الأجسام على أجهزة الاستشعار في الميدان. ترسل هذه الأجهزة البيانات إلى علماء الأحياء الذين يستطيعون بعد ذلك تحليل المعلومات وإنشاء رؤى قابلة للتنفيذ. في العام المقبل، يهدف صندوق KWF إلى تدريب YOLOv5 على مجموعات البيانات التي تحتوي على صور الطائرات بدون طيار، ثم نشر هذه الطائرات بدون طيار في الميدان.

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 KWF فرصة للتحسين في هذه العملية من خلال تقليل عامل القوى العاملة واستبدال العلامات التي يسهل التعرف عليها. ومن خلال إنشاء أنظمة جوية مستقلة باستخدام YOLOv5 detect أعشاش السلاحف البحرية وتحديد موقعها وتوصيفها، يمكن لعلماء الأحياء الحصول على معلومات في الوقت الحقيقي عن أعشاش السلاحف البحرية، بما في ذلك مساراتها وموقعها الجغرافي، وبالتالي استبدال الحاجة إلى قيام علماء الأحياء بالسير يدوياً على الشواطئ ووضع علامات على 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

وبالإضافة إلى ذلك، من النادر للغاية رصد النمور الثلجية في البرية. ونتيجة لذلك، تعمل مؤسسة KWF على تطوير نهج آلي لحماية هذه القطط الكبيرة، وذلك باستخدام تكنولوجيا الطائرات بدون طيار track وحمايتها. وفي الوقت الحالي، لا تزال تكنولوجيا الطائرات بدون طيار قيد التطوير حتى تتمكن من الوصول إلى النقطة التي يمكن أن تعمل فيها الآلات في الظروف اللازمة track نمور الثلوج، والتي تتراوح بين 20,000 و22,000 قدم.

وبمجرد توفر هذه التكنولوجيا، تعتزم مؤسسة KWF استخدام YOLOv5 في أجهزة الاستشعار وعلى الطائرات بدون طيار، والتي سيتم نشرها بعد ذلك في جبال الهيمالايا. لأغراض التتبع، ستكون هذه المستشعرات والطائرات بدون طيار قادرة على detect آثار الأقدام في الثلوج، والتي عادة ما تتطاير بسرعة مع الرياح. سيتم بعد ذلك نقل هذه المعلومات في الوقت الحقيقي إلى علماء الأحياء وخبراء 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.

‍