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

تأسست مؤسسة Kashmir World Foundation (KWF) في جريت فولز بولاية فرجينيا في عام 2008 بهدف تنفيذ أحدث التقنيات في مكافحة الحفاظ على الحياة البرية وحمايتها على نطاق عالمي. تقوم مؤسسة KWF ببناء وتشغيل أنظمة ذاتية الحكم وغير مأهولة تدعم جهودها في الحفاظ على البيئة ومكافحة الصيد الجائر. في عام 2013، بدأت KWF في تبني الذكاء الاصطناعي في عملياتها.

وفقاً لـ WWF.)، يشكل فقدان الموائل الطبيعية أكبر خطر وجودي على 85% من جميع الأنواع المدرجة في "القائمة الحمراء"، التي تصنف الأنواع على أنها مهددة بالانقراض أو معرضة للخطر. في الوقت نفسه، يلوح في الأفق الطلب على الحيوانات البرية التي يتم صيدها بشكل غير قانوني لاستخدامها في الأطباق الشهية أو الطب التقليدي أو كحيوانات أليفة غريبة، وقد تشير التقارير إلى زيادته. معاً، يهدد فقدان الموائل والصيد الجائر التنوّع البيولوجي العالمي ولهما تأثيرات كارثية على المجتمعات والبيئات المحلية.

مشيرةً إلى وجود تعاون داخلي قوي، توضح المؤسسة والمديرة التنفيذية Aliyah Pandolfi قائلة: "إن الطلاب والأكاديميين والمهندسين والعلماء من جميع أنحاء العالم مستعدون للتطوع بوقتهم وخبراتهم". تُدار مؤسسة KWF بنسبة 100% بواسطة متطوعين من جميع أنحاء العالم. ومن خلال عملهم، حققت KWF خطوات كبيرة في حماية العديد من الأنواع المهددة بالانقراض مثل قطط الرمال في قطر، والسلاحف البحرية في كوستاريكا، ونمور الثلج في جبال الهيمالايا.

"نحن جميعاً نقوم بهذا 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، مؤسسة كشمير العالمية

مكافحة مشكلة الصيد غير المشروع#

في كثير من الحالات، من الصعب للغاية على دعاة الحفاظ على البيئة الوصول إلى المواقع التي يحدث فيها الصيد غير المشروع. يتعين على مؤسسة KWF مواجهة أربع عقبات رئيسية في جهود الحفاظ على البيئة في المناطق النائية من العالم:

• أنماط الطقس الخطيرة
• العوامل الاجتماعية والسياسية غير المتوقعة
• التضاريس الوعرة
• نقص الموارد لإرسال أفراد إلى هذه المناطق في جميع الأوقات

في الماضي، كان دعاة الحفاظ على البيئة يضعون أجهزة تسجيل فيديو في الميدان لمشاهدة اللقطات لاحقاً. ومع وجود مئات الآلاف من ساعات اللقطات، تعتمد هذه العملية على المشاهد لاكتشاف وتحديد أنواع الحيوانات والصيادين غير القانونيين بدقة. ونظراً لضيق الوقت والخطأ البشري، تبين أن هذا النهج يضع دعاة الحفاظ على البيئة في وضع غير مواتٍ. أدرك المتطوعون في مؤسسة KWF أنهم بحاجة إلى تجهيزات أفضل لاتخاذ موقف ضد الصيادين والصيد غير القانوني.

يعمل التطور الحتمي للتكنولوجيا كسلاح ذو حدين. فمع استمرار تحسن جودتها وزيادة سهولة الوصول إليها، يمكن لكل من دعاة الحفاظ على البيئة والجهات الفاعلة السيئة الحصول على أحدث التقنيات. وللبقاء في وضع تنافسي، يجب على دعاة الحفاظ على البيئة أن يكونوا مستعدين لتسخير قوة أحدث التقنيات واستخدامها لصالحهم.

الطريق الإبداعي للمضي قدماً#

كانت باندولفي بحاجة إلى حل قوي في الميدان يوفر لمؤسسة KWF معلومات في الوقت الفعلي. ولأنها كانت بحاجة إلى حل يلغي الخطأ البشري ويواجه العقبات الأربع الرئيسية، فقد أدركت أن مسألة ثوانٍ معدودة يمكن أن تصنع فارقاً في مهمة مكافحة الصيد غير المشروع، مما يعني أن الرؤى في الوقت الفعلي يمكن أن تلعب دوراً مباشراً في منع قتل الحيوانات.

بفضل الإبداع الذي تتمتع به، نظرت باندولفي في التكنولوجيا والموارد اللازمة للمشروع. وفي حين أن الكثير من التكنولوجيا التي تحتاجها متاحة حالياً، فإن باندولفي تتوقع طرح أجهزة وبرمجيات ستصبح متاحة في المستقبل القريب. وهي تقود فريقها في مؤسسة KWF لتطوير أساليب تستخدم الطائرات بدون طيار والذكاء الاصطناعي وقدرات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

"في بداية هذا المشروع، كانت هناك العديد من الشكوك من المجتمع. قيل لي إن هذا جنون، وإنه مستحيل، ولا يمكنك القيام بذلك، والتكنولوجيا غير موجودة، لكنني كنت أفكر على المدى الطويل، حيث تحتاج علوم الكمبيوتر وقدرات الطائرات بدون طيار إلى التطور والاندماج معاً لهذا المشروع."

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

تقول باندولفي: "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؟#

نظراً لحاجتها إلى كشف الكائنات في الوقت الفعلي، احتجت KWF إلى أن تكون مخرجات نموذجها دقيقة للغاية وموثوقة. وفي معرض وزنها لخياراتها، قام قائد فريق الذكاء الاصطناعي في KWF التابع لـ Pandolfi، Daan Eeltink، وهو طالب في هولندا، بمقارنة أداء كل من YOLOv4 وYOLOv5. ومع YOLOv5، قادت عدة نقاط تمايز الفريق في KWF لاختياره لمشاريعهم:

• تطلبت نماذج YOLOv5 تدريباً بعدد أقل من الصور.
• جعل جانبه مفتوح المصدر التكنولوجيا في متناول فريق KWF بشكل كبير.
• منحنى التعلم لـ YOLOv5 لم يكن حاداً.

تعتمد KWF على فريق من المتطوعين والمهندسين والمتدربين من جميع أنحاء العالم لبناء التكنولوجيا اللازمة لجهود الحفاظ على البيئة. العديد من المتدربين هم طلاب مدارس ثانوية، وبعضهم لديه خبرة ضئيلة أو معدومة مع YOLOv5. رأت Pandolfi أن حتى أولئك الذين لديهم أقل خبرة سابقة استطاعوا تشغيل YOLOv5 في أقل من ثلاثة أسابيع.

بالإضافة إلى ذلك، جعل التكامل مع منصة تتبع التجارب ضبط النماذج ومجموعات البيانات أمراً مباشراً، مما سمح لمؤسسة KWF بزيادة أداء نماذج YOLOv5 الخاصة بهم في الميدان إلى أقصى حد.

"كان YOLOv5 دقيقاً وساعدنا في إنقاذ الحيوانات قبل قتلها، وهو ما كان هدفنا النهائي."

بدون YOLOv5، تقول Pandolfi إن فريقها في KWF سيشعر بالإحباط. قبل تنفيذ كشف الكائنات، افتقرت مشاريع الحفاظ على البيئة إلى الكم الأمثل من البيانات. في أوائل عام 2023، ستنقل KWF عملها إلى Ultralytics YOLOv8، وهو الإصدار الأحدث في عائلة YOLO من بنيات رؤية الذكاء الاصطناعي.

نشر YOLOv5#

في الوقت الحالي، تنشر KWF نظام YOLOv5 لاكتشاف الأشياء على أجهزة الاستشعار في الميدان. ترسل هذه الأجهزة البيانات إلى علماء الأحياء الذين يصبحون قادرين بعد ذلك على تحليل المعلومات وإنشاء رؤى قابلة للتنفيذ. وفي العام المقبل، تهدف KWF إلى تدريب YOLOv5 على مجموعات بيانات تحتوي على صور من طائرات بدون طيار، ثم نشر هذه الطائرات في الميدان.

مشاريع الحفاظ على البيئة#

السلاحف البحرية#

هناك سبعة أنواع مختلفة من السلاحف البحرية في العالم وكل واحد منها يعتبر مهدداً بالانقراض. عند وضع البيض، تأتي إناث السلاحف البحرية إلى الشواطئ وتحفر أعشاشاً في الرمال حيث تضع بيضها. يمكن أن تستغرق هذه العملية عدة ساعات، ولكن بمجرد الانتهاء، تعود إناث السلاحف البحرية إلى الماء، تاركة بيضها ليحتضن في الرمال لمدة 55-65 يوماً. مع رحيل الأمهات نهائياً، يُترك البيض مع القليل من الدفاعات ضد الصيادين والحيوانات المفترسة والعناصر الطبيعية.

في الماضي، كان نهج دعاة الحفاظ على البيئة لتتبع السلاحف البحرية هو وضع علامات على جميع المواقع على الشاطئ التي توجد بها أعشاش. إذا كانت التهديدات في هذه المناطق مرتفعة، سيقوم دعاة الحفاظ على البيئة بنقل الأعشاش إلى موقع أكثر أماناً في هذه الأثناء، وإطلاق السلاحف في المحيط بمجرد فقسها.

يمكن أن تتضمن هذه العملية المشي يدوياً على الشواطئ التي يبلغ طولها 30 ميلاً أو أكثر ووضع علامات على الأعشاش. وقد ثبت أن توفير قدر كافٍ من القوى العاملة لتنفيذ هذه العملية كل يوم أمر صعب، خاصة أثناء عمليات الإغلاق بسبب كوفيد-19.

بالإضافة إلى ذلك، ثبت أحياناً أن وضع علامات على أعشاش السلاحف البحرية كان عكسياً. لم يكن الصيادون قادرين فقط على البحث عن الأعشاش التي تم وضع علامات عليها، بل تمكنت الخنازير أيضاً من معرفة أن العلامات تعني وجود أعشاش سلاحف بحرية قريبة، مما دفعها إلى أكل البيض.

رأت KWF فرصة للتحسين ضمن هذه العملية من خلال تقليل عامل القوى العاملة واستبدال العلامات سهلة التحديد. ومن خلال إعداد أنظمة جوية ذاتية الحكم باستخدام YOLOv5 لاكتشاف أعشاش السلاحف البحرية وتحديد مواقعها وتوصيفها، يمكن لعلماء الأحياء تلقي معلومات في الوقت الفعلي حول أعشاش السلاحف البحرية، بما في ذلك آثارها وموقعها الجغرافي، مما يغني عن حاجة علماء الأحياء للمشي يدوياً على الشواطئ ووضع علامات على الأعشاش.

نمور الثلوج#

تتيح فرو نمور الثلج الكثيف والأبيض مع وردياتها الداكنة المرقطة لها التمويه بشكل مثالي في مناظر جبال الهيمالايا الطبيعية. وفي البرية، تعد هذه النمور من الحيوانات المفترسة القمة التي ليس لها مفترسون طبيعيون. ومع ذلك، نظراً للطلب الهائل للغاية على فرائها وأجزاء جسمها الأخرى في الأزياء والطب التقليدي، إلى جانب فقدان الموائل وتجزئتها، يُقدر أنه لم يتبق في البرية سوى ما بين 4,000 و6,500 نمر ثلجي.

أثبتت جهود الحفاظ على نمور الثلوج أنها صعبة للغاية نتيجة للعوامل التي تساهم في البيئة القاسية التي توجد فيها:

• الارتفاعات العالية
• تساقط الثلوج المفرط
• درجات الحرارة المتجمدة
• الرياح القوية
• الوديان شديدة الانحدار
• التضاريس الوعرة

بالإضافة إلى ذلك، من النادر للغاية رؤية نمور الثلوج في البرية. ونتيجة لذلك، تعمل مؤسسة KWF على تطوير نهج آلي لحماية هذه القطط الكبيرة، باستخدام تكنولوجيا الطائرات بدون طيار لتتبعها وحمايتها. في هذا الوقت، لا تزال تكنولوجيا الطائرات بدون طيار قيد التطوير حتى تصل إلى النقطة التي يمكن فيها للآلات العمل في الظروف اللازمة لتتبع نمور الثلوج، والتي تتراوح بين 20,000 إلى 22,000 قدم.

بمجرد توفر التكنولوجيا، تعتزم KWF استخدام YOLOv5 في أجهزة الاستشعار وعلى الطائرات بدون طيار، والتي سيتم نشرها بعد ذلك في جبال الهيمالايا. ولأغراض التتبع، ستكون أجهزة الاستشعار والطائرات بدون طيار هذه قادرة على 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 Kashmir World Foundation وتعرّف على كيف يمكنك المساعدة في إحداث فرق في جهودهم الرامية إلى الحفاظ على البيئة في جميع أنحاء العالم.