Biodiversität schützen: Die Erfolgsgeschichte der Kashmir World Foundation mit Ultralytics YOLOv5 und YOLOv8

Die Kashmir World Foundation (KWF) wurde 2008 in Great Falls, Virginia, mit dem Ziel gegründet, die neueste Technologie im weltweiten Kampf für den Erhalt und Schutz von Wildtieren einzusetzen. Die KWF entwickelt und betreibt autonome, unbemannte Systeme, die ihre Naturschutz- und Maßnahmen gegen Wilderei unterstützen. 2013 begann die KWF, künstliche Intelligenz in ihren Abläufen einzusetzen.

Laut WWF.) stellt der Verlust von Lebensräumen die größte existenzielle Gefahr für 85 % aller Arten auf der „Roten Liste“ dar, auf der gefährdete und bedrohte Arten erfasst werden. Gleichzeitig ist die Nachfrage nach gewilderten Wildtieren für traditionelle Arzneimittel, Delikatessen oder als exotische Haustiere weiterhin groß und Berichten zufolge gestiegen. Zusammen bedrohen der Verlust von Lebensräumen und die Wilderei die weltweite Artenvielfalt und haben verheerende Auswirkungen auf lokale Gemeinschaften und die Umwelt.

Unter Hinweis auf die starke interne Zusammenarbeit erklärt die Gründerin und Geschäftsführerin Aliyah Pandolfi: „Studierende, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Ingenieurinnen und Ingenieure aus aller Welt sind bereit, ihre Zeit und ihr Fachwissen ehrenamtlich einzubringen.“ Die KWF wird zu 100 % von Freiwilligen aus aller Welt getragen. Durch ihre Arbeit hat die KWF große Fortschritte beim Schutz bedrohter und zahlreicher gefährdeter Arten erzielt, darunter Sandkatzen in Katar, Meeresschildkröten in Costa Rica und Schneeleoparden im Himalaya.

„Wir alle tun dies, weil wir die Tiere lieben. Noch wichtiger ist jedoch, dass wir unsere Fähigkeiten einsetzen möchten, um Gutes in der Welt zu bewirken und für diese Arten, die sonst vielleicht nicht überleben würden, eine positive Veränderung herbeizuführen.“ Aliyah Pandolfi, Gründerin und Geschäftsführerin, Kashmir World Foundation

Die Wilderei bekämpfen#

Für Naturschützerinnen und Naturschützer ist es oft äußerst schwierig, die Orte zu erreichen, an denen Wilderei stattfindet. Die KWF muss sich bei ihren Naturschutzmaßnahmen in abgelegenen Teilen der Welt vier zentralen Hindernissen stellen:

• Gefährliche Wetterlagen
• Unvorhersehbare gesellschaftliche und politische Faktoren
• Unwegsames Gelände
• Fehlende Ressourcen, um jederzeit Personen in diese Gebiete zu schicken

In der Vergangenheit haben Naturschützerinnen und Naturschützer im Gelände Videoaufzeichnungsgeräte aufgestellt, deren Aufnahmen später angesehen werden sollten. Bei Hunderten oder sogar Tausenden Stunden Videomaterial hängt dieser Prozess davon ab, dass die betrachtende Person Tierarten und Wilderer sorgfältig erkennt und identifiziert. Aufgrund zeitlicher Einschränkungen und menschlicher Fehler erwies sich dieser Ansatz als Nachteil für den Naturschutz. Die Freiwilligen der KWF wussten, dass sie besser ausgerüstet sein mussten, um sich gegen Wilderer und die illegale Jagd zu behaupten.

Der unvermeidliche technologische Fortschritt ist ein zweischneidiges Schwert. Da Technologie immer leistungsfähiger und zugänglicher wird, können sowohl Naturschützerinnen und Naturschützer als auch kriminelle Akteure auf die neueste Technologie zugreifen. Um konkurrenzfähig zu bleiben, müssen Naturschützerinnen und Naturschützer bereit sein, die Möglichkeiten der neuesten Technologie zu ihrem Vorteil zu nutzen.

Der kreative Weg nach vorn#

Pandolfi benötigte eine durchsetzungsstarke Lösung für den Einsatz vor Ort, die der KWF Informationen in Echtzeit lieferte. Sie brauchte eine Lösung, die menschliche Fehler ausschloss und die vier zentralen Hindernisse bewältigte. Ihr war klar, dass in einem Einsatz gegen Wilderei bereits Sekunden einen Unterschied machen können und Erkenntnisse in Echtzeit daher unmittelbar dazu beitragen können, ein Tier vor der Tötung zu bewahren.

Mit ihrer Kreativität auf ihrer Seite überlegte Pandolfi, welche Technologie und Ressourcen für das Projekt erforderlich waren. Ein großer Teil der benötigten Technologie ist bereits heute verfügbar, doch Pandolfi rechnet mit der Veröffentlichung von Hardware und Software, die in naher Zukunft verfügbar sein dürften. Sie leitete ihr Team bei der KWF bei der Entwicklung von Ansätzen, die Drohnen, KI und GPS-Funktionen nutzen.

„Zu Beginn dieses Projekts gab es viele Zweifel in der Gemeinschaft. Mir wurde gesagt, dass es verrückt und unmöglich sei, dass ich es nicht schaffen könne und dass die Technologie nicht existiere. Ich dachte jedoch langfristig: Die erforderlichen Fähigkeiten in Informatik und bei Drohnen mussten sich für dieses Projekt weiterentwickeln und miteinander verbunden werden.“

Durch die Platzierung verschiedener Kameras und Sensoren an gefährdeten Orten erhält die KWF Daten aus aller Welt. So stehen ihr verwertbare Erkenntnisse zur Verfügung, um Entscheidungen in Sekundenbruchteilen zu treffen.

„Stell dir vor, dass sich an einem bestimmten Ort Wilderer befinden“, sagt Pandolfi. „Wir möchten ihnen folgen und Ranger über ihren Standort informieren können, damit diese die Wilderer abfangen und sie stoppen können, bevor sie Tiere töten.“

Warum YOLOv5?#

Da die KWF Objekte in Echtzeit erkennen musste, sollten die Ausgaben ihres Modells äußerst präzise und zuverlässig sein. Bei der Abwägung ihrer Optionen verglich Daan Eeltink, Pandolfis Leiter des KWF-KI-Teams und Student in den Niederlanden, die Leistungen von YOLOv4 und YOLOv5. Bei YOLOv5 führten mehrere unterscheidende Merkmale dazu, dass sich das KWF-Team für den Einsatz in seinen Projekten entschied:

• YOLOv5-Modelle benötigten für das Training weniger Bilder.
• Der Open-Source-Charakter machte die Technologie für das KWF-Team sehr zugänglich.
• Die Lernkurve für YOLOv5 war nicht steil.

Die KWF stützt sich auf ein Team aus Freiwilligen, Ingenieurinnen und Ingenieuren sowie Praktikantinnen und Praktikanten aus aller Welt, um die für ihre Naturschutzmaßnahmen erforderliche Technologie zu entwickeln. Viele der Praktikantinnen und Praktikanten sind Schülerinnen und Schüler, einige von ihnen hatten nur minimale oder gar keine Erfahrung mit YOLOv5. Pandolfi stellte fest, dass selbst Personen mit der geringsten Vorerfahrung YOLOv5 in weniger als drei Wochen zum Laufen bringen konnten.

Darüber hinaus vereinfachte die Integration in eine Plattform zur Experimentverfolgung die Feinabstimmung der Modelle und Datensätze, sodass die KWF die Leistung ihrer YOLOv5-Modelle im Einsatz vor Ort maximieren konnte.

„YOLOv5 war präzise und half uns, die Tiere vor der Tötung zu bewahren – genau das war unser oberstes Ziel.“

Ohne YOLOv5 wäre Pandolfi zufolge ihr Team bei der KWF frustriert. Vor der Einführung der Objekterkennung verfügten die Naturschutzprojekte nicht über eine optimale Datenmenge. Anfang 2023 wird die KWF ihre Arbeit auf Ultralytics YOLOv8, die neueste Veröffentlichung aus der YOLO-Familie von Architekturen für visuelle KI, übertragen.

Bereitstellung von YOLOv5#

Derzeit setzt die KWF YOLOv5 zur Objekterkennung auf Sensoren im Einsatzgebiet ein. Diese Geräte senden Daten an Biologinnen und Biologen, die die Informationen anschließend analysieren und verwertbare Erkenntnisse gewinnen können. Im kommenden Jahr möchte die KWF YOLOv5 mit Datensätzen trainieren, die Drohnenaufnahmen enthalten, um diese Drohnen anschließend im Gelände einzusetzen.

Naturschutzprojekte#

Meeresschildkröten#

Weltweit gibt es sieben verschiedene Arten von Meeresschildkröten, und jede gilt als gefährdet. Zur Eiablage kommen die Weibchen an den Strand und graben Nester in den Sand, in denen sie ihre Eier ablegen. Dieser Vorgang kann mehrere Stunden dauern. Sobald er abgeschlossen ist, kehren die Weibchen ins Wasser zurück und lassen ihre Eier 55–65 Tage lang im Sand ausbrüten. Nachdem die Muttertiere endgültig gegangen sind, sind die Eier nur unzureichend vor Wilderern, Fressfeinden und den natürlichen Einflüssen geschützt.

In der Vergangenheit bestand der Ansatz der Naturschützerinnen und Naturschützer zur Beobachtung von Meeresschildkröten darin, alle Stellen an einem Strand zu markieren, an denen sich Nester befanden. Wenn die Bedrohung in diesen Gebieten groß ist, verlegen die Naturschützerinnen und Naturschützer die Nester vorübergehend an einen sichereren Ort und setzen die Schildkröten nach dem Schlüpfen ins Meer frei.

Dieser Prozess kann das manuelle Ablaufen und Markieren von Nestern an Stränden mit einer Länge von 30 Meilen oder mehr umfassen. Es hat sich als schwierig erwiesen, täglich ausreichend Personal für diesen Prozess bereitzustellen, insbesondere während der COVID-19-Lockdowns.

Darüber hinaus erwies sich das Markieren der Meeresschildkrötennester mitunter als kontraproduktiv. Wilderer konnten nicht nur gezielt nach den markierten Nestern suchen, auch Schweine lernten, dass Markierungen auf nahe gelegene Meeresschildkrötennester hinwiesen, und fraßen deshalb die Eier.

Die KWF erkannte in diesem Prozess eine Verbesserungsmöglichkeit, indem sie den Personalaufwand reduzierte und die leicht erkennbaren Markierungen ersetzte. Durch den Einsatz autonomer Luftfahrtsysteme mit YOLOv5 zur Erkennung, Lokalisierung und Charakterisierung von Meeresschildkrötennestern könnten Biologinnen und Biologen Echtzeitinformationen über die Nester einschließlich ihrer Spuren und geografischen Lage erhalten. Dadurch würde die Notwendigkeit entfallen, dass sie die Strände manuell ablaufen und die Nester markieren.

Schneeleoparden#

Das dichte, weiße Fell der Schneeleoparden mit seinen dunklen Rosetten ermöglicht ihnen eine perfekte Tarnung in der Landschaft des Himalaya. In freier Wildbahn sind sie Spitzenprädatoren ohne natürliche Feinde. Aufgrund der extrem hohen Nachfrage nach ihrem Fell und anderen Körperteilen für Mode und traditionelle Medizin sowie infolge des Verlusts und der Fragmentierung ihres Lebensraums leben schätzungsweise nur noch zwischen 4.000 und 6.500 Schneeleoparden in freier Wildbahn.

Der Schutz von Schneeleoparden hat sich aufgrund der Faktoren, die zu den schwierigen Bedingungen in ihrem Lebensraum beitragen, als äußerst schwierig erwiesen:

• Große Höhen
• Starker Schneefall
• Frostige Temperaturen
• Starke Winde
• Steile Schluchten
• Unwegsames Gelände

Außerdem ist es äußerst selten, Schneeleoparden in freier Wildbahn zu beobachten. Daher entwickelt die KWF einen automatisierten Ansatz zum Schutz dieser Großkatzen und nutzt dafür Drohnentechnologie, um sie zu verfolgen und zu schützen. Derzeit wird die Drohnentechnologie noch weiterentwickelt, damit die Geräte unter den für die Verfolgung der Schneeleoparden erforderlichen Bedingungen eingesetzt werden können – in einer Höhe von etwa 20.000 bis 22.000 Fuß.

Sobald die Technologie verfügbar ist, will die KWF YOLOv5 in den Sensoren und auf Drohnen einsetzen, die anschließend im Himalaya stationiert werden. Für die Verfolgung können diese Sensoren und Drohnen Pfotenabdrücke im Schnee erkennen, die normalerweise durch den Wind schnell verweht werden. Diese Echtzeitinformationen werden anschließend an Biologinnen und Biologen sowie Naturschützerinnen und Naturschützer weitergeleitet.

Besuche die Website der Kashmir World Foundation und erfahre, wie du ihre weltweiten Naturschutzmaßnahmen unterstützen und etwas bewirken kannst.