Protéger la biodiversité : l'histoire à succès 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 conserver et protéger la faune à l'échelle mondiale. La KWF construit et exploite des systèmes autonomes et sans pilote qui soutiennent ses efforts de conservation et de lutte contre le braconnage. En 2013, la KWF a commencé à intégrer l'intelligence artificielle dans ses opérations.

Selon le WWF.), la perte d'habitat représente le plus grand danger existentiel pour 85 % de toutes les espèces figurant sur la « Liste rouge », qui classe les espèces comme en danger ou menacées. Parallèlement, la demande d'animaux sauvages braconnés destinés à être utilisés dans la médecine traditionnelle, des mets délicats ou comme animaux de compagnie exotiques plane et aurait augmenté. Ensemble, la perte d'habitat et le braconnage menacent la biodiversité mondiale et ont des impacts désastreux sur les communautés et les environnements locaux.

Mettant en avant une forte collaboration interne, la fondatrice et directrice exécutive, Aliyah Pandolfi, explique que « des étudiants, des universitaires, des ingénieurs et des scientifiques du monde entier sont prêts à donner de leur temps et de leur expertise ». La KWF est gérée à 100 % par des bénévoles du monde entier. Grâce à leur travail, la KWF a fait de grands progrès dans la protection d'espèces menacées et de nombreuses espèces en danger telles que les chats des sables au Qatar, les tortues marines au Costa Rica et les panonces des neiges dans l'Himalaya.

« Nous faisons tous cela parce que nous aimons les animaux, mais plus important encore, nous voulons utiliser nos compétences pour faire le bien dans le monde et apporter un changement positif pour ces espèces qui, autrement, ne survivraient peut-être pas. » Aliyah Pandolfi, fondatrice et directrice exécutive, Kashmir World Foundation

Combattre le problème du braconnage#

Dans de nombreux cas, il est extrêmement difficile pour les défenseurs de la nature d'accéder aux lieux où le braconnage sévit. La KWF doit faire face à quatre obstacles majeurs dans ses efforts de conservation aux quatre coins du monde :

• Conditions météorologiques dangereuses
• Facteurs sociopolitiques imprévisibles
• Terrain impitoyable
• Manque de ressources pour envoyer des individus dans ces zones à tout moment

Par le passé, les défenseurs de la nature plaçaient des dispositifs d'enregistrement vidéo sur le terrain, destinés à ce que les images soient visionnées plus tard. Avec des centaines, voire des milliers d'heures de séquences, ce processus obligeait l'observateur à détecter et identifier méticuleusement les espèces animales et les braconniers. En raison des contraintes de temps et de l'erreur humaine, cette approche s'est révélée désavantageuse pour les défenseurs de la nature. Les bénévoles de la KWF savaient qu'ils devaient être mieux équipés pour lutter contre les braconniers et la chasse illégale.

La progression inévitable de la technologie agit comme une arme à double tranchant. À mesure qu'elle devient de meilleure qualité et plus accessible, les défenseurs de la nature comme les acteurs malveillants peuvent mettre la main sur les dernières technologies. Pour rester compétitifs, les défenseurs de la nature doivent être prêts à exploiter la puissance des technologies les plus récentes à leur avantage.

La voie créative à suivre#

Pandolfi avait besoin d'une solution offensive sur le terrain qui fournirait à la KWF des informations en temps réel. Ayant besoin d'une solution qui élimine l'erreur humaine et surmonte les quatre obstacles principaux, elle savait qu'une question de secondes peut faire la différence dans une mission de lutte contre le braconnage, ce qui signifie que des informations en temps réel peuvent jouer un rôle direct dans la prévention du massacre d'un animal.

Avec la créativité de son côté, Pandolfi a examiné la technologie et les ressources nécessaires au projet. Bien qu'une grande partie de la technologie dont elle a besoin soit disponible aujourd'hui, Pandolfi anticipe la sortie de matériel et de logiciels qui devraient être disponibles dans un avenir proche. Elle dirige son équipe à la KWF pour développer des approches utilisant des drones, l'IA et les capacités GPS.

« Au début de ce projet, il y avait beaucoup de doutes de la part de la communauté. On m'a dit que c'était fou, que c'était impossible, que je ne pouvais pas le faire et que la technologie n'existait pas, mais je pensais à long terme, l'informatique et les capacités des drones devaient évoluer et fusionner pour ce projet. »

En plaçant une variété de caméras et de capteurs dans des lieux à risque, la KWF reçoit des données provenant de sites partout dans le monde, leur fournissant des informations exploitables pour prendre des décisions en une fraction de seconde.

« Imaginez qu'il y ait des braconniers à un endroit précis », déclare Pandolfi, « nous voulons pouvoir les suivre et alerter les gardes forestiers de leur position afin qu'ils puissent intercepter les braconniers et les arrêter avant qu'ils ne tuent des animaux. »

Pourquoi YOLOv5 ?#

Nécessitant une détection d'objets en temps réel, la KWF avait besoin que les résultats de son modèle soient hautement précis et fiables. En pesant ses options, le responsable de l'équipe IA de la KWF de Pandolfi, Daan Eeltink, étudiant aux Pays-Bas, a comparé les performances de YOLOv4 et YOLOv5. Avec YOLOv5, plusieurs points de différenciation ont conduit l'équipe de la KWF à le choisir pour ses projets :

• Les modèles YOLOv5 nécessitaient un entraînement avec moins d'images.
• Son aspect open-source rendait la technologie très accessible à l'équipe de la KWF.
• La courbe d'apprentissage pour 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. Nombre de ces stagiaires sont des lycéens, certains ayant une expérience minime ou nulle avec YOLOv5. Pandolfi a constaté que même ceux ayant le moins d'expérience préalable parvenaient à rendre YOLOv5 opérationnel en moins de trois semaines.

De plus, une intégration avec une plateforme de suivi d'expériences a rendu le réglage fin des modèles et des jeux de données simple, permettant à la KWF de maximiser les performances de leurs 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, Pandolfi affirme que son équipe de la KWF serait frustrée. Avant de mettre en œuvre la détection d'objets, les projets de conservation manquaient d'une quantité optimale de données. Au début de l'année 2023, la KWF transférera son travail vers Ultralytics YOLOv8, la dernière version de la famille d'architectures d'IA de vision YOLO.

Déploiement de YOLOv5#

À l'heure actuelle, la KWF déploie YOLOv5 pour la détection d'objets sur des capteurs sur le terrain. Ces appareils envoient des données à des biologistes qui sont ensuite en mesure d'analyser les informations et de créer des informations exploitables. Au cours de l'année à venir, la KWF vise à entraîner YOLOv5 sur des jeux de données contenant des images de drones, pour ensuite 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 étant en danger. Lors de la ponte, les tortues marines 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 tortues marines femelles retournent à l'eau, laissant leurs œufs incuber dans le sable pendant 55 à 65 jours. Lorsque les mères partent définitivement, les œufs restent avec peu de défenses contre les braconniers, les prédateurs et les éléments naturels.

Par le passé, l'approche des défenseurs de la nature pour suivre les tortues marines consistait à marquer tous les endroits sur une plage où se trouvent des nids. Si les menaces dans ces zones sont élevées, les défenseurs de la nature relocalisent les nids vers un endroit plus sûr en attendant, et relâchent les tortues dans l'océan une fois qu'elles ont éclos.

Ce processus peut impliquer de parcourir manuellement des plages de 48 kilomètres ou plus et de marquer les nids. Fournir une main-d'œuvre suffisante pour effectuer ce processus chaque jour s'est avéré difficile, surtout pendant les confinements liés au COVID-19.

De plus, marquer les nids de tortues marines s'est parfois révélé contre-productif. Non seulement les braconniers pouvaient rechercher les nids marqués, mais les cochons apprenaient également que les marqueurs signifiaient qu'il y avait des nids de tortues marines à proximité, ce qui les conduisait à manger les œufs.

La KWF a vu une opportunité d'amélioration dans ce processus en réduisant le facteur de main-d'œuvre et en remplaçant les repères facilement identifiables. En mettant en place des systèmes aériens autonomes utilisant YOLOv5 pour détecter, localiser et caractériser les nids de tortues marines, les biologistes pouvaient recevoir des informations en temps réel sur les nids de tortues marines, y compris leurs traces et leur emplacement géographique, remplaçant ainsi la nécessité pour les biologistes de parcourir manuellement les plages et de marquer les nids.

Léopards des neiges#

La thick white fur épaisse des panthères des neiges avec des rosettes tachetées sombres leur permet de se camoufler parfaitement dans le paysage himalayen. À l'état sauvage, ce sont des prédateurs suprêmes sans 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, combinée à la perte et à la fragmentation de l'habitat, on estime qu'il ne reste que entre 4 000 et 6 500 panthères des neiges à l'état sauvage.

Les efforts de conservation pour les léopards des neiges se sont révélés extrêmement difficiles en raison des facteurs qui contribuent à l'environnement hostile où ils se trouvent :

• Haute altitude
• Chutes de neige excessives
• Températures glaciales
• Vents violents
• Ravins escarpés
• Terrain impitoyable

De plus, il est extrêmement rare d'apercevoir des léopards des neiges à l'état sauvage. Par conséquent, 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 cours de développement afin qu'elle puisse atteindre le point où les machines peuvent fonctionner dans les conditions nécessaires pour suivre les léopards des neiges, soit environ 6 000 à 6 700 mètres d'altitude.

Une fois la technologie disponible, la KWF a l'intention 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 drones seront capables de détecter les empreintes de pattes dans la neige, qui s'effacent généralement rapidement avec le vent. Ces informations en temps réel seront ensuite relayées aux biologistes et aux défenseurs de la nature.

Visitez le site Web de la Kashmir World Foundation et découvrez comment vous pouvez aider à faire la différence dans leurs efforts de conservation dans le monde entier.