生物多様性を守る：Ultralytics YOLOv5とYOLOv8を活用したKashmir World Foundationの成功事例

Kashmir World Foundation（KWF）は、世界規模で野生生物の保全と保護に取り組むため、最新テクノロジーを導入する使命を掲げ、2008年にバージニア州グレートフォールズで設立されました。KWFは、保全活動と密猟対策を支援する自律型の無人システムを構築・運用しています。KWFは2013年に、業務への人工知能の導入を開始しました。

WWF.によると、「レッドリスト」に掲載され、絶滅危惧種または危急種に分類される全種の85%にとって、生息地の喪失が最大の存続上の脅威となっています。同時に、伝統医薬品や珍味、エキゾチックペットに利用するための密猟された野生動物への需要も高まり、増加していると報告されています。生息地の喪失と密猟が相まって、世界の生物多様性を脅かし、地域のコミュニティや環境に壊滅的な影響を与えています。

強固な社内連携について、創設者兼エグゼクティブディレクターのAliyah Pandolfiは、「世界中の学生、学者、エンジニア、科学者が、時間と専門知識をボランティアとして提供してくれます」と説明しています。KWFは、世界中のボランティアによって100%運営されています。KWFはその活動を通じて、カタールのスナネコ、コスタリカのウミガメ、ヒマラヤのユキヒョウなど、絶滅の危機にさらされている多くの種や、絶滅危惧種の保護に大きな進展をもたらしてきました。

「私たちが皆これに取り組むのは、動物を愛しているからです。しかし、それ以上に重要なのは、自分たちのスキルを世界のために役立て、そうでなければ生き残れないかもしれない種にポジティブな変化をもたらしたいと考えているからです。」 Aliyah Pandolfi、Kashmir World Foundation 創設者兼エグゼクティブディレクター

密猟問題への対策#

多くの場合、保全活動家が密猟の発生場所にアクセスすることは非常に困難です。KWFは、世界の遠隔地での保全活動において、次の4つの主要な障壁に立ち向かわなければなりません。

• 危険な気象パターン
• 予測不可能な社会政治的要因
• 厳しい地形
• これらの地域に常時人員を派遣するためのリソース不足

これまで、保全活動家は現場にビデオ録画装置を設置し、後から映像を確認する方法を取ってきました。数百、数千時間にも及ぶ映像を前に、このプロセスでは、視聴者が動物の種と密猟者の両方を綿密に検出・識別する必要があります。時間の制約と人的ミスにより、このアプローチは保全活動家を不利な状況に置くことが明らかになりました。KWFのボランティアは、密猟者や違法な狩猟に立ち向かうため、より優れた装備が必要だと認識しました。

テクノロジーの不可避な進歩は、諸刃の剣として作用します。テクノロジーの品質が向上し、より利用しやすくなるにつれて、保全活動家だけでなく悪意ある者も最新テクノロジーを入手できるようになります。競争力を維持するには、保全活動家も最新テクノロジーの力を活用し、自分たちの優位性につなげる準備を整えなければなりません。

創造的な前進への道#

Pandolfiは、KWFにリアルタイム情報を提供できる、現場で積極的に機能するソリューションを必要としていました。人的ミスを排除し、4つの主要な障壁に対処できるソリューションを求める中で、密猟対策ミッションでは数秒の差さえも重要になり得ること、つまりリアルタイムのインサイトが動物の殺害を防ぐうえで直接的な役割を果たせることを理解していました。

Pandolfiは創造力を生かし、このプロジェクトに必要なテクノロジーとリソースを検討しました。必要なテクノロジーの多くは現在すでに利用可能ですが、Pandolfiは近い将来に利用可能になるはずのハードウェアとソフトウェアのリリースを見込んでいます。KWFのチームを率いて、ドローン、AI、GPS機能を活用するアプローチの開発を進めています。

「このプロジェクトの開始時には、コミュニティから多くの疑問の声がありました。『そんなのは無謀だ、不可能だ、できるはずがない、そんなテクノロジーは存在しない』と言われました。しかし私は長期的な視点で考えていました。このプロジェクトに必要なコンピューターサイエンスとドローンの機能は、進化し、融合していく必要があったのです。」

リスクのある場所にさまざまなカメラやセンサーを設置することで、KWFは世界中の場所からデータを受け取り、秒単位の意思決定に役立つ実行可能なインサイトを得ています。

「特定の場所に密猟者がいるとします」とPandolfiは言います。「彼らを追跡し、その位置をレンジャーに知らせ、レンジャーが密猟者を迎え撃ち、動物を殺す前に阻止できるようにしたいのです。」

なぜYOLOv5なのか？#

リアルタイム物体検出が必要だったため、KWFはモデルの出力に高い精度と信頼性を求めていました。PandolfiのKWF A.I.チームリードで、オランダの学生でもあるDaan Eeltinkは、選択肢を比較検討する中で、YOLOv4とYOLOv5の性能を比較しました。YOLOv5には複数の差別化要因があり、KWFのチームはプロジェクトにYOLOv5を採用しました。

• YOLOv5モデルは、より少ない画像でトレーニングできました。
• オープンソースであるため、KWFチームはこのテクノロジーを容易に利用できました。
• YOLOv5の学習曲線は急ではありませんでした。

KWFは、保全活動に必要なテクノロジーを構築するため、世界中のボランティア、エンジニア、インターンから成るチームに依存しています。インターンの多くは高校生で、YOLOv5の経験がほとんどない、またはまったくない人もいます。Pandolfiは、事前の経験が最も少ない人でさえ、3週間足らずでYOLOv5を稼働させられることを確認しました。

さらに、実験追跡プラットフォームとの統合により、モデルとデータセットのファインチューニングが容易になり、KWFは現場でYOLOv5モデルの性能を最大限に引き出せました。

「YOLOv5は高精度で、動物が殺される前に救うことに役立ちました。それが私たちの最終的な目標でした。」

Pandolfiによると、YOLOv5がなければKWFのチームはフラストレーションを抱えていたでしょう。物体検出を導入する前は、保全プロジェクトに十分なデータがありませんでした。2023年初頭、KWFは活動を、YOLOファミリーのビジョンAIアーキテクチャの最新リリースであるUltralytics YOLOv8へ移行する予定です。

YOLOv5のデプロイ#

現在、KWFは現場のセンサー上で物体検出を行うためにYOLOv5をデプロイしています。これらのデバイスは生物学者にデータを送信し、生物学者は情報を分析して実行可能なインサイトを作成できます。KWFは今後1年間で、ドローン画像を含むデータセットでYOLOv5をトレーニングし、その後、これらのドローンを現場にデプロイすることを目指しています。

保全プロジェクト#

ウミガメ#

世界には7種類のウミガメが存在し、そのすべてが絶滅危惧種と見なされています。産卵時、メスのウミガメは浜辺に上陸し、砂に巣穴を掘って卵を産みます。このプロセスには数時間かかることがありますが、終わるとメスのウミガメは海へ戻り、卵は砂の中で55～65日間孵化します。母ガメが完全に去ると、卵は密猟者や捕食者、自然環境からほとんど守られない状態になります。

これまで、保全活動家はウミガメを追跡するため、浜辺で巣がある場所をすべて記録してきました。これらの地域で脅威が高い場合、保全活動家は当面の間、巣をより安全な場所へ移し、孵化したウミガメを海へ放します。

このプロセスでは、30マイル以上に及ぶ浜辺を歩いて巣を記録する作業が必要になる場合があります。この作業を毎日実施するのに十分な人員を確保することは、特にCOVID-19によるロックダウン中には困難でした。

さらに、ウミガメの巣を記録することが逆効果になる場合もありました。密猟者が記録された巣を探し出せるだけでなく、ブタも標識が近くにウミガメの巣があることを示すと学習し、卵を食べてしまうことがありました。

KWFは、人員の負担を減らし、容易に識別できる標識を置き換えることで、このプロセスを改善できると考えました。YOLOv5を使用する自律型航空システムを構築してウミガメの巣を検出、位置特定、特徴付けすることで、生物学者はウミガメの巣の足跡や地理的位置などに関するリアルタイム情報を受け取れるようになります。これにより、生物学者が浜辺を歩いて巣を記録する必要がなくなります。

ユキヒョウ#

ユキヒョウは、黒い斑点状のロゼット模様がある厚い白い毛皮によって、ヒマラヤの景観に完璧にカモフラージュできます。野生では頂点捕食者であり、天敵はいません。しかし、ファッションや伝統医薬品に利用される毛皮やその他の身体部位への非常に高い需要に加え、生息地の喪失と分断化により、野生に残るユキヒョウはわずか4,000～6,500頭と推定されています。

ユキヒョウの保全活動は、生息地の厳しい環境に関係する次の要因により、非常に困難であることが明らかになっています。

• 高地
• 過度の降雪
• 凍えるような気温
• 強風
• 急峻な渓谷
• 厳しい地形

さらに、野生のユキヒョウを見つけることは非常にまれです。そのためKWFは、ドローンテクノロジーを活用してユキヒョウを追跡・保護する自動化アプローチを開発しています。現在、ドローンテクノロジーはまだ開発段階にあり、ユキヒョウを追跡するために必要な条件、つまり約20,000～22,000フィートの高度で機体が運用できる段階を目指しています。

テクノロジーが利用可能になり次第、KWFはセンサーとドローンでYOLOv5を使用し、これらをヒマラヤに配備する予定です。追跡を目的として、これらのセンサーとドローンは、風ですぐに吹き消されてしまう雪上の足跡を検出できるようになります。このリアルタイム情報は、生物学者や保全活動家に伝達されます。

Kashmir World Foundationのウェブサイトを訪問し、世界各地での保全活動において、どのように変化をもたらせるかをご確認ください。