08/01/2024
0EEAGER, новый алгоритм машинного обучения, идентифицирует бобровые плотины по спутниковым и аэрофотоснимкам.
Бобры, известные своими инженерными талантами, создают водно-болотные угодья, пруды и плотины, которые уменьшают воздействие наводнений, пожаров и засух. (Дэн Китвуд/Getty Images)
Несколько лет назад несколько сотрудников Google обратились к ученому из Миннесоты с необычным предложением: что, если они смогут научить компьютеры обнаруживать места обитания бобра из космоса?
«Они хотели знать, считаю ли я, что можно самому найти бобровые водно-болотные угодья по аэрофотоснимкам и можно ли масштабировать поиск с помощью машинного обучения», — сказала Эмили Фэйрфакс, исследователь бобра из Университета Миннесоты и доцент кафедры географии .
Фэрфакс знал, что на снимках со спутников и дронов можно увидеть разросшиеся плотины бобров. Ученые находили и картировали их таким образом в течение многих лет.
«Вопрос машинного обучения действительно заинтересовал меня, потому что составление карт требует времени», — сказала она.
«Если бы мы могли научить студентов или исследователей делать это, то, как я чувствовала, что мы могли бы научить это делать и компьютер. И если кто-то и знает, как это сделать, то это будет Google».
Сегодня Фэрфакс возглавляет команду инженеров, ученых и защитников природы, которые используют систему автоматического распознавания геопространственных элементов Earth Engine (EEAGER) — для картирования инфраструктуры грызунов по всей Калифорнии.
Проект является совместным предприятием Google, природоохранной группы Nature Conservancy и штата Калифорния. Если все пойдет хорошо, их работа может проложить путь к природоохранным стратегиям, которые позволят увеличить популяцию бобров в штате, уменьшить воздействие наводнений и смягчить последствия лесных пожаров.
Почему бобры?
Все началось в 2018 году, когда Google поручила одному из своих инженеров-механиков Эдди Корвину помочь компании разработать корпоративную программу управления водными ресурсами.
Корвин объединился с консультантом по устойчивому развитию Дэном Акерштейном, и они наткнулись на книгу Элис Аутвотер «Вода: естественная история».
Именно из неё они узнали об огромной экологической значимости могучего бобра.
«Мы прочитали её вместе, и оба были очень взволнованы, думая о бобрах как о способе облегчить многие проблемы, которые мы всё больше начинаем ощущать», — рассказал СВС Корвин, который сейчас является независимым консультантом по рациональному использованию водных ресурсов.
Эмили Фэйрфакс — доцент кафедры географии Университета Миннесоты, специализирующаяся на экогидрологии, взаимодействии воды и экологических систем. Большая часть ее исследований посвящена экологической роли бобров. (Представлено Эмили Фэйрфакс)
Это потому, что бобры — невероятные инженеры, которые строят плотины, пруды и водно-болотные угодья, хранящие миллионы галлонов воды.
«Сохраняя большое количество воды как на поверхности прудов, так и под землей, в почве, они создают в ландшафте большие губчатые участки, из которых растения могут получить доступ к воде в период засухи. Помимо прочего эти территории выполняют роль противопожарных барьеров, потому что слишком влажны, для того чтобы загореться во время пожара», — сказал Фэйрфакс.
По ее словам, эти сооружения также уменьшают эрозию и последствия наводнений.
«Итак, когда мы думаем об изменении климата, а засухи, наводнения и пожары усиливаются, бобры помогают снизить все эти три явления на ступеньку ниже», – сказала она.
Использование машинного обучения
Пока Корвин и Акерштейн занимались бобрами, Google вкладывал значительные средства в искусственный интеллект и машинное обучение.
«Примерно в то же время появились статьи о том, что с помощью Google Earth и спутниковых изображений была обнаружена самая большая в мире бобровая плотина… в Канаде», — сказал Корвин.
«Я как бы подумал: эй, знаете, если есть человек, который смотрит на спутниковые снимки и находит бобровые плотины, то машина тоже сможет научиться делать это».
Корвин и Акерштейн собрали в Google небольшую команду людей для работы над EEAGER. С помощью Фэрфакса и других ученых они научили алгоритм определять, что является, а что нет — бобровой плотиной.
В мае 2023 года они опубликовали исследование, показывающее, что это работает.
Теперь они объединяются с Департаментом рыбы и дикой природы Калифорнии, чтобы использовать EEAGER для картирования мест обитания бобра по всей Калифорнии.
Это важная работа, говорит Фэйрфакс, потому что, хотя ученые имеют довольно хорошее представление о том, на что способны бобры, они не знают, сколько их и где распределены их популяции.
Благодаря этой информации защитники природы смогут определить, работают ли их усилия, и определить новые места для реинтродукции бобров.
Новый проект под названием EEAGER использует алгоритм машинного обучения для выявления бобровых плотин по изображениям со спутников и с дронов. (Представлено Эмили Фэйрфакс)
Аналогичная работа проводится в Канаде в рамках проекта «Бобры из космоса».
Но в отличие от EEAGER, совместный исследовательский проект Института Мийтакиса и Общества управления прибрежной средой обитания Альберты опирается на людей-добровольцев, которые изучают спутниковые снимки в поисках бобровых плотин.
«Гражданская наука не только позволила нам достичь наших научных целей по оценке того, где были (и не были) бобры в ландшафте, но также привлекла аудиторию, которая была заинтересована в получении дополнительной информации о бобрах», — говорится в электронном письме Холли Кинас, аналитика по охране природы Института в Миистакисе.
Кинас говорит, что всегда будет необходимость в работе реальных людей, но такие технологии, как EEAGER, также могут сыграть свою роль.
«Использование таких технологий, как искусственный интеллект и алгоритмы, полезно для сохранения природы, и это становится все более полезным, включая работу по поощрению сосуществования с бобрами», – сказала она.
«Агенты хаоса»
Люди не всегда умели сосуществовать с бобрами. Они исторически охотились на коварных тварей для торговли мехом или называли их вредителями, которые валят деревья и затапливают посевы.
Фэрфакс говорит, что такое отношение начинает меняться. Хотя она сомневается, что бобры когда-либо вернутся к своей численности, существовавшей до колонизации, она предвидит будущее, в котором бобрам и людям будет выгодно жить бок о бок.
«Есть еще люди, которые на самом деле не являются большими поклонниками бобров, и я это понимаю… Они просто агенты хаоса», — сказал Фэйрфакс.
«[Но] я описываю их как хаотичное добро».
