Protéger la biodiversité : la réussite de la Kashmir World Foundation avec Ultralytics YOLOv5 et YOLOv8

La Kashmir World Foundation (KWF) a été fondée à Great Falls, en Virginie, en 2008, avec pour mission de mettre en œuvre les technologies les plus récentes dans la lutte pour préserver et protéger la faune à l’échelle mondiale. La KWF construit et exploite des systèmes autonomes sans pilote qui soutiennent ses efforts de conservation et de lutte contre le braconnage. En 2013, la KWF a commencé à adopter l’intelligence artificielle dans ses activités.

Selon le WWF.), la perte d’habitat constitue le plus grand danger existentiel pour 85 % de toutes les espèces figurant sur la « Liste rouge », qui classe les espèces comme menacées ou en danger. Parallèlement, la demande d’animaux sauvages braconnés destinés à la médecine traditionnelle, aux mets raffinés ou au commerce d’animaux exotiques ne faiblit pas et aurait augmenté. Ensemble, la perte d’habitat et le braconnage menacent la biodiversité mondiale et ont des conséquences désastreuses sur les communautés et les environnements locaux.

Citant une forte collaboration interne, la fondatrice et directrice générale, Aliyah Pandolfi, explique que « des étudiants, des universitaires, des ingénieurs et des scientifiques du monde entier sont prêts à donner bénévolement leur temps et leur expertise ». La KWF fonctionne entièrement grâce à des bénévoles du monde entier. Grâce à leur travail, la KWF a réalisé d’importants progrès dans la protection d’espèces menacées et de nombreuses espèces en danger, comme les chats des sables au Qatar, les tortues marines au Costa Rica et les léopards des neiges dans l’Himalaya.

« Nous faisons tous cela parce que nous aimons les animaux, mais surtout parce que nous voulons mettre nos compétences au service du bien commun et apporter un changement positif pour ces espèces qui, autrement, pourraient ne pas survivre. » Aliyah Pandolfi, fondatrice et directrice générale, Kashmir World Foundation

Lutter contre le braconnage#

Dans de nombreux cas, il est extrêmement difficile pour les défenseurs de l’environnement d’accéder aux lieux où se produit le braconnage. La KWF doit faire face à quatre obstacles majeurs dans ses efforts de conservation aux quatre coins reculés du monde :

• Conditions météorologiques dangereuses
• Facteurs sociopolitiques imprévisibles
• Terrain impitoyable
• Manque de ressources pour envoyer en permanence des personnes dans ces zones

Par le passé, les défenseurs de l’environnement ont installé sur le terrain des dispositifs d’enregistrement vidéo, dont les séquences étaient destinées à être visionnées ultérieurement. Avec des centaines de milliers d’heures de vidéos, ce processus repose sur le spectateur, qui doit détecter et identifier méticuleusement les espèces animales ainsi que les braconniers. En raison des contraintes de temps et des erreurs humaines, cette approche s’est révélée défavorable aux défenseurs de l’environnement. Les bénévoles de la KWF savaient qu’ils devaient être mieux équipés pour lutter contre les braconniers et la chasse illégale.

L’évolution inévitable de la technologie est une arme à double tranchant. À mesure qu’elle devient plus performante et plus accessible, les défenseurs de l’environnement comme les acteurs malveillants peuvent mettre la main sur les technologies les plus récentes. Pour rester compétitifs, les défenseurs de l’environnement doivent être prêts à exploiter la puissance des technologies les plus nouvelles à leur avantage.

Une voie créative pour aller de l’avant#

Pandolfi avait besoin sur le terrain d’une solution offensive qui fournisse à la KWF des informations en temps réel. Elle recherchait une solution qui éliminerait les erreurs humaines et s’attaquerait aux quatre obstacles majeurs. Elle savait que quelques secondes peuvent faire la différence dans une mission de lutte contre le braconnage, ce qui signifie que les informations en temps réel peuvent contribuer directement à empêcher la mise à mort d’un animal.

Avec sa créativité comme alliée, Pandolfi a étudié les technologies et les ressources nécessaires au projet. Bien qu’une grande partie des technologies dont elle a besoin soit déjà disponible, Pandolfi anticipe la sortie de matériel et de logiciels qui devraient être disponibles dans un avenir proche. Elle dirige son équipe de la KWF dans le développement d’approches faisant appel aux drones, à l’IA et aux fonctionnalités GPS.

« Au début de ce projet, la communauté avait de nombreux doutes. On m’a dit que c’était fou, impossible, que je ne pouvais pas y arriver et que la technologie n’existait pas, mais je pensais à long terme : l’informatique et les capacités des drones nécessaires à ce projet devaient évoluer et se combiner. »

En installant divers appareils photo et capteurs dans des zones à risque, la KWF reçoit des données provenant de lieux du monde entier, ce qui lui fournit des informations exploitables pour prendre des décisions en une fraction de seconde.

« Imagine qu’il y ait des braconniers à un endroit précis, explique Pandolfi. Nous voulons pouvoir les suivre et alerter les gardes de leur position afin qu’ils puissent intercepter les braconniers et les arrêter avant qu’ils ne tuent des animaux. »

Pourquoi YOLOv5 ?#

Comme elle avait besoin d’une détection d’objets en temps réel, la KWF voulait que les résultats de son modèle soient très précis et fiables. En évaluant ses options, le responsable de l’équipe IA de la KWF, Daan Eeltink, un étudiant aux Pays-Bas, a comparé les performances de YOLOv4 et de YOLOv5. Avec YOLOv5, plusieurs éléments différenciateurs ont conduit l’équipe de la KWF à le choisir pour ses projets :

• Les modèles YOLOv5 nécessitaient un entraînement avec moins d’images.
• Son caractère open source rendait la technologie très accessible à l’équipe de la KWF.
• La courbe d’apprentissage de YOLOv5 n’était pas abrupte.

La KWF s’appuie sur une équipe de bénévoles, d’ingénieurs et de stagiaires du monde entier pour construire la technologie nécessaire à ses efforts de conservation. Beaucoup de stagiaires sont lycéens et certains ont peu ou pas d’expérience avec YOLOv5. Pandolfi a constaté que même ceux qui avaient le moins d’expérience préalable étaient capables de mettre YOLOv5 en service en moins de trois semaines.

De plus, l’intégration avec une plateforme de suivi des expériences a simplifié le réglage fin des modèles et des jeux de données, permettant à la KWF d’optimiser les performances de ses modèles YOLOv5 sur le terrain.

« YOLOv5 était précis et nous a aidés à sauver les animaux avant qu’ils ne soient tués, ce qui était notre objectif ultime. »

Sans YOLOv5, l’équipe de Pandolfi à la KWF serait frustrée, dit-elle. Avant la mise en œuvre de la détection d’objets, les projets de conservation ne disposaient pas d’une quantité optimale de données. Début 2023, la KWF transférera ses travaux vers Ultralytics YOLOv8, la dernière version des architectures d’IA de vision de la famille YOLO.

Déploiement de YOLOv5#

Actuellement, la KWF déploie YOLOv5 pour la détection d’objets sur des capteurs installés sur le terrain. Ces appareils envoient les données à des biologistes, qui peuvent ensuite analyser les informations et en tirer des éléments exploitables. Au cours de l’année à venir, la KWF prévoit d’entraîner YOLOv5 sur des jeux de données contenant des images prises par drone, puis de déployer ces drones sur le terrain.

Projets de conservation#

Tortues marines#

Il existe sept espèces différentes de tortues marines dans le monde et chacune est considérée comme menacée. Lorsqu’elles pondent, les femelles sortent sur les plages et creusent des nids dans le sable où elles déposent ensuite leurs œufs. Ce processus peut prendre plusieurs heures, mais une fois terminé, les femelles retournent dans l’eau, laissant leurs œufs incuber dans le sable pendant 55 à 65 jours. Lorsque les mères repartent définitivement, les œufs sont laissés sans grande protection contre les braconniers, les prédateurs et les éléments naturels.

Par le passé, les défenseurs de l’environnement suivaient les tortues marines en marquant tous les endroits d’une plage où se trouvaient des nids. Lorsque les menaces étaient importantes dans ces zones, ils déplaçaient temporairement les nids vers un endroit plus sûr, puis relâchaient les tortues dans l’océan une fois écloses.

Ce processus peut impliquer de parcourir manuellement des plages de 30 miles ou plus et de marquer les nids. Il s’est avéré difficile de fournir chaque jour suffisamment de personnel pour mener à bien ce processus, notamment pendant les confinements liés à la COVID-19.

De plus, le marquage des nids de tortues marines s’est parfois révélé contre-productif. Non seulement les braconniers pouvaient rechercher les nids marqués, mais les cochons pouvaient également apprendre que les marqueurs signalaient la présence de nids de tortues marines à proximité, ce qui les amenait à manger les œufs.

La KWF a vu une possibilité d’améliorer ce processus en réduisant les besoins en personnel et en remplaçant les marqueurs facilement identifiables. En mettant en place des systèmes aériens autonomes utilisant YOLOv5 pour détecter, localiser et caractériser les nids de tortues marines, les biologistes pourraient recevoir en temps réel des informations sur les nids, notamment leurs traces et leur position géographique, éliminant ainsi la nécessité pour les biologistes de parcourir manuellement les plages et de marquer les nids.

Léopards des neiges#

La fourrure blanche et épaisse des léopards des neiges, ornée de rosettes sombres, leur permet de se camoufler parfaitement dans le paysage himalayen. À l’état sauvage, ce sont des prédateurs au sommet de la chaîne alimentaire qui n’ont pas de prédateurs naturels. Cependant, en raison de la demande extrêmement élevée pour leur fourrure et d’autres parties de leur corps dans la mode et la médecine traditionnelle, ainsi que de la perte et de la fragmentation de leur habitat, on estime qu’il ne reste plus que 4 000 à 6 500 léopards des neiges à l’état sauvage.

Les efforts de conservation des léopards des neiges se sont révélés extrêmement difficiles en raison des facteurs qui contribuent à la rudesse de leur environnement :

• Altitudes élevées
• Chutes de neige abondantes
• Températures glaciales
• Vents violents
• Ravins escarpés
• Terrain impitoyable

De plus, il est extrêmement rare d’apercevoir des léopards des neiges à l’état sauvage. C’est pourquoi la KWF développe une approche automatisée pour protéger ces grands félins, en utilisant la technologie des drones pour les suivre et les protéger. À l’heure actuelle, la technologie des drones est encore en développement afin que les appareils puissent fonctionner dans les conditions nécessaires au suivi des léopards des neiges, soit environ 20 000 à 22 000 pieds.

Une fois la technologie disponible, la KWF prévoit d’utiliser YOLOv5 dans les capteurs et sur les drones, qui seront ensuite déployés dans l’Himalaya. À des fins de suivi, ces capteurs et ces drones pourront détecter les empreintes dans la neige, qui sont généralement rapidement effacées par le vent. Ces informations en temps réel seront ensuite transmises aux biologistes et aux défenseurs de l’environnement.

Consulte le site web de la Kashmir World Foundation et découvre comment tu peux faire la différence dans ses efforts de conservation à travers le monde.