Защита биоразнообразия: история успеха Kashmir World Foundation с Ultralytics YOLOv5 и YOLOv8

Kashmir World Foundation (KWF) была основана в Грейт-Фоллс, штат Вирджиния, в 2008 году с целью внедрения новейших технологий в борьбе за сохранение и защиту дикой природы во всем мире. KWF создает и эксплуатирует автономные беспилотные системы, поддерживающие природоохранную деятельность и борьбу с браконьерством. В 2013 году KWF начала внедрять искусственный интеллект в свою работу.

Согласно данным WWF.), утрата среды обитания представляет наибольшую экзистенциальную угрозу для 85% всех видов, занесенных в «Красный список», где виды классифицируются как находящиеся под угрозой исчезновения или уязвимые. Одновременно сохраняется и, как сообщается, растет спрос на диких животных, добытых браконьерами, для использования в традиционной медицине, приготовления деликатесов или содержания в качестве экзотических питомцев. Вместе утрата среды обитания и браконьерство угрожают мировому биоразнообразию и оказывают катастрофическое воздействие на местные сообщества и окружающую среду.

Основатель и исполнительный директор Aliyah Pandolfi, отмечая высокий уровень внутреннего сотрудничества, объясняет: «студенты, преподаватели, инженеры и ученые со всего мира готовы добровольно делиться своим временем и опытом». KWF на 100% управляется волонтерами со всего мира. Благодаря их работе KWF добилась значительных успехов в защите уязвимых и многочисленных исчезающих видов, таких как песчаные кошки в Катаре, морские черепахи в Коста-Рике и снежные барсы в Гималаях.

«Мы все занимаемся этим, потому что любим животных, но еще важнее то, что мы хотим использовать свои навыки на благо мира и положительно изменить судьбу этих видов, которые иначе могли бы не выжить». Aliyah Pandolfi, основатель и исполнительный директор Kashmir World Foundation

Борьба с браконьерством#

Во многих случаях защитникам природы чрезвычайно трудно добраться до мест, где происходит браконьерство. В удаленных уголках мира KWF приходится преодолевать четыре ключевых препятствия в своей природоохранной работе:

• Опасные погодные условия
• Непредсказуемые социально-политические факторы
• Труднопроходимая местность
• Недостаток ресурсов для постоянного направления людей в эти районы

Раньше защитники природы устанавливали в полевых условиях устройства для видеозаписи, чтобы просматривать отснятый материал позднее. При сотнях и тысячах часов видеозаписей этот процесс требовал от зрителя тщательно обнаруживать и идентифицировать как виды животных, так и браконьеров. Из-за ограничений по времени и человеческих ошибок такой подход ставил защитников природы в невыгодное положение. Волонтеры KWF понимали, что им нужны более эффективные средства для противостояния браконьерам и незаконной охоте.

Неизбежное развитие технологий действует как обоюдоострый меч. По мере того как технологии становятся более качественными и доступными, новейшие решения могут использовать как защитники природы, так и злоумышленники. Чтобы сохранять конкурентоспособность, защитники природы должны быть готовы использовать мощь новейших технологий в своих интересах.

Творческий путь вперед#

Pandolfi требовалось эффективное решение для работы в полевых условиях, которое обеспечивало бы KWF информацию в реальном времени. Ей было необходимо решение, устраняющее человеческие ошибки и преодолевающее четыре ключевых препятствия. Она понимала, что в операции по борьбе с браконьерством даже несколько секунд могут иметь значение, а значит, аналитические данные в реальном времени могут напрямую помочь предотвратить убийство животного.

Проявив творческий подход, Pandolfi рассмотрела технологии и ресурсы, необходимые для проекта. Хотя значительная часть нужных ей технологий уже доступна, Pandolfi ожидает появления аппаратного и программного обеспечения, которое должно стать доступным в ближайшем будущем. Это побудило ее команду в KWF разрабатывать подходы с использованием дронов, ИИ и возможностей GPS.

«В начале этого проекта многие представители сообщества сомневались в его успехе. Мне говорили, что это безумие, что это невозможно, что у меня ничего не получится и что такой технологии не существует, но я смотрела на перспективу: необходимые для проекта возможности компьютерных технологий и дронов должны были развиться и объединиться».

Размещая различные камеры и датчики в местах, находящихся под угрозой, KWF получает данные со всего мира, что обеспечивает команду полезной информацией для принятия решений за доли секунды.

«Представьте, что в определенном месте находятся браконьеры, — говорит Pandolfi. — Мы хотим иметь возможность следить за ними и сообщать рейнджерам об их местоположении, чтобы те могли перехватить браконьеров и остановить их до того, как они убьют животных».

Почему YOLOv5?#

Поскольку KWF требовалось обнаружение объектов в реальном времени, результаты работы модели должны были быть высокоточными и надежными. Рассматривая возможные варианты, руководитель команды KWF по ИИ Daan Eeltink, студент из Нидерландов, сравнил производительность YOLOv4 и YOLOv5. Несколько отличительных особенностей YOLOv5 побудили команду KWF выбрать эту модель для своих проектов:

• Модели YOLOv5 требовали обучения на меньшем количестве изображений.
• Открытый исходный код сделал эту технологию очень доступной для команды KWF.
• Освоить YOLOv5 было несложно.

Для создания технологий, необходимых в природоохранной работе, KWF полагается на команду волонтеров, инженеров и стажеров со всего мира. Многие стажеры — старшеклассники, причем некоторые из них имели минимальный или нулевой опыт работы с YOLOv5. Pandolfi увидела, что даже участники с наименьшим предыдущим опытом смогли запустить YOLOv5 менее чем за три недели.

Кроме того, интеграция с платформой для отслеживания экспериментов упростила тонкую настройку моделей и наборов данных, позволив KWF максимально повысить производительность своих моделей YOLOv5 в полевых условиях.

«YOLOv5 обеспечивала высокую точность и помогла нам спасти животных от гибели, что было нашей главной целью».

По словам Pandolfi, без YOLOv5 ее команда в KWF была бы расстроена. До внедрения обнаружения объектов в природоохранных проектах не хватало оптимального объема данных. В начале 2023 года KWF переведет свою работу на Ultralytics YOLOv8 — последний выпуск семейства архитектур визуального ИИ YOLO.

Развертывание YOLOv5#

В настоящее время KWF развертывает YOLOv5 для обнаружения объектов на датчиках в полевых условиях. Эти устройства отправляют данные биологам, которые затем могут анализировать информацию и формировать полезные выводы. В следующем году KWF планирует обучить YOLOv5 на наборах данных с изображениями, полученными с дронов, а затем развернуть эти дроны в полевых условиях.

Природоохранные проекты#

Морские черепахи#

В мире существует семь различных видов морских черепах, и каждый из них считается находящимся под угрозой исчезновения. Откладывая яйца, самки морских черепах выходят на пляжи и роют в песке гнезда, куда затем откладывают яйца. Этот процесс может занимать несколько часов, но после его завершения самки возвращаются в воду, оставляя яйца инкубироваться в песке на 55–65 дней. После окончательного ухода матерей яйца остаются практически беззащитными перед браконьерами, хищниками и природными стихиями.

Раньше защитники природы отслеживали морских черепах, отмечая на пляже все места, где находились гнезда. Если угроза на этих участках была высокой, защитники природы на время перемещали гнезда в более безопасное место, а после вылупления выпускали черепашат в океан.

Этот процесс мог включать пеший осмотр пляжей длиной 30 миль и более и маркировку гнезд. Ежедневно обеспечивать достаточное количество людей для выполнения этой работы было сложно, особенно во время ограничений, связанных с COVID-19.

Кроме того, маркировка гнезд морских черепах иногда давала обратный эффект. Помеченные гнезда могли привлекать браконьеров, а свиньи научились понимать, что рядом с маркерами находятся гнезда морских черепах, и поэтому съедали яйца.

KWF увидела возможность улучшить этот процесс, сократив потребность в людях и заменив легко распознаваемые маркеры. Развернув автономные воздушные системы с использованием YOLOv5 для обнаружения, определения местоположения и характеристики гнезд морских черепах, биологи могли бы получать информацию о гнездах в реальном времени, включая их следы и географическое положение, устранив необходимость вручную обходить пляжи и отмечать гнезда.

Снежные барсы#

Густой белый мех снежных барсов с темными розетками позволяет им идеально маскироваться в гималайском ландшафте. В дикой природе это высшие хищники, у которых нет естественных врагов. Однако из-за чрезвычайно высокого спроса на их мех и другие части тела в индустрии моды и традиционной медицине, а также из-за утраты и фрагментации среды обитания, по оценкам, в дикой природе осталось лишь от 4 000 до 6 500 снежных барсов.

Природоохранная работа по защите снежных барсов чрезвычайно сложна из-за факторов, формирующих суровые условия среды их обитания:

• Большая высота над уровнем моря
• Обильные снегопады
• Минусовые температуры
• Сильные ветры
• Крутые ущелья
• Труднопроходимая местность

Кроме того, увидеть снежных барсов в дикой природе удается крайне редко. Поэтому KWF разрабатывает автоматизированный подход к защите этих крупных кошек, используя технологии дронов для их отслеживания и охраны. В настоящее время технология дронов все еще развивается, чтобы машины могли работать в условиях, необходимых для отслеживания снежных барсов, — на высоте около 20 000–22 000 футов.

Когда технология станет доступной, KWF планирует использовать YOLOv5 в датчиках и на дронах, которые затем будут развернуты в Гималаях. Для отслеживания эти датчики и дроны смогут обнаруживать отпечатки лап на снегу, которые обычно быстро заметает ветер. Затем эта информация в реальном времени будет передаваться биологам и защитникам природы.

Посети сайт Kashmir World Foundation и узнай, как ты можешь изменить ситуацию к лучшему в рамках ее природоохранной деятельности по всему миру.