Искусственный интеллект знает, где гнездятся черепахи

Жизнь замедляется, когда на тропический север Австралии обрушиваются муссонные ливни. Местные жители называют этот сырой период «большими дождями» (Big Wet) и радуются передышке от безжалостной палящей летней жары.

Проливные дожди кардинально меняют живописный ландшафт региона. Из-за наводнений и грязи обширные участки местности могут месяцами оставаться отрезанными от остального мира после того, как прекратятся дожди и рассеются облака. Путешествия по суше становятся медленными и трудными, а иногда и вовсе невозможными.

Эта длительная изоляция значительно ухудшает шансы на выживание некоторых крошечных жителей западных берегов полуострова Кейп-Йорк — детенышей черепах, находящихся под угрозой исчезновения. Если местные рейнджеры не найдут их первыми и не защитят, черепашки могут стать легкой добычей для хищников, особенно диких свиней. Тысячи гибнут таким образом каждый год.

Сейчас альянс ученых и землевладельцев из числа коренных народов применяет сочетание аэрофотосъемки, искусственного интеллекта, облачных технологий и традиционных знаний, чтобы находить спрятанные черепашьи гнезда раньше, чем это сделают свиньи.

Получая точные данные о местоположении почти без задержки, рейнджеры могут быстрее отправляться на защиту гнезд и тысяч вылупившихся детенышей, чтобы помочь популяции черепах восстановиться в ближайшие годы.

На планете обитает всего семь видов морских черепах, и всем им угрожают экологические изменения, хищники и деятельность человека. На западном побережье Кейп-Йорка гнездятся три вида: Хоксбилл (Hawksbill), Флэтбэк (Flatback) и оливковая черепаха Ридли (Olive Ridley).

В Австралии ведутся исследования, разрабатываются методы управления и технологии, которые помогут защитить многочисленные районы гнездования черепах по всему миру.

«Благодаря этой системе мы, используя вертолет или беспилотник, можем сделать за два часа то, что обычно занимает месяц мониторинга на земле», — говорит Джастин Перри из австралийского национального научного агентства CSIRO.

Жизненный цикл черепах начинается, когда взрослые самки выползают из теплых вод залива Карпентария на пляжи Кейп-Йорка. Они ластами выкапывают ямы для гнездования: одни в дюнах, другие на пляже. Каждая откладывает до сотни яиц, укрывает их песком и снова уползает в море.

Если яйца не трогать, начнется процесс инкубации. Примерно через семь недель детеныши вылупятся и начнут свой путь через песок в океан. Но природа оставляет им мало шансов.

Когда черепашка попадает в океан, она может умереть сотнями способов. Чем больше детенышей вылупится и доберется до воды, тем больше шансов, что некоторые из них доживут до возраста размножения, который у некоторых видов наступает примерно в 30 лет. Вот почему черепахи откладывают так много яиц в каждое гнездо и почему так важно защищать гнезда.

Гнезда наиболее уязвимы в первые несколько дней после откладки яиц, когда хищники могут увидеть следы черепахи-матери, а запах яиц самый сильный.

Это означает, что местным рейнджерам и исследователям необходимо как можно быстрее найти, изучить и обезопасить гнезда. Но легче сказать, чем сделать.

После неумолимых больших дождей даже мощные внедорожники могут застрять на заболоченном песке или в грязи. Разлившиеся реки широки и опасны — не в последнюю очередь из-за крокодилов.

Рейнджерам могут потребоваться недели, чтобы найти гнездо черепах, и слишком часто они прибывают слишком поздно: свиньи и другие хищники уже выкопали и съели яйца.

Но ситуация меняется. С помощью Microsoft исследователи и представители коренных народов теперь могут наблюдать с воздуха за тем, что происходит на земле, и удаленно следить за гнездами и хищниками.

Камеры, установленные на беспилотниках и вертолетах, сканируют пляжи в поисках следов черепах и хищников. Затем тысячи изображений обрабатываются и анализируются с помощью машинного обучения, искусственного интеллекта и облачных вычислений.

Зная точное местоположение и получая данные слежения почти в реальном времени, рейнджеры могут отправляться на помощь. Они защищают гнезда клетками, сетями и ограждениями, достаточно прочными, чтобы не подпускать хищников, но с достаточно большими промежутками, чтобы черепашки могли проползти через них. Иногда численность хищников контролируется целенаправленной выбраковкой.

Черепахи и их яйца на протяжении тысячелетий были устойчивым традиционным источником пищи для местных жителей. Местные собаки динго и ящерицы-вараны тоже охотятся на черепашьи гнезда, но их влияние считается незначительным в естественных условиях.

Настоящую опасность для детенышей черепах представляют неконтролируемые популяции одичавших свиней, диких потомков сельскохозяйственных животных, завезенных в Австралию европейскими колонизаторами более двух веков назад.

Если голодная свинья найдет гнездо, выживаемость яиц и вылупляющихся из них черепах скорее всего будет нулевой. Местные рейнджеры и ученые говорят, что одна свинья может разорить несколько гнезд за одну ночь.

«Хорошая новость в том, что мы можем что-то с этим сделать, и мы это делаем», — говорит Перри из CSIRO.

Руководит программой спасения черепах некоммерческая организация Aak Puul Ngantam (APN) Cape York, которой управляют представители коренного народа Южный Уик (Southern Wik). Они объединились с CSIRO и Microsoft при поддержке австралийской правительственной экологической программы National Environmental Science Program (NESP) через Центр экологических ресурсов Северной Австралии (Northern Australia Environmental Resources Hub).

Люди народа Южный Уик — традиционные владельцы этой части Кейп-Йорка. С местного языка Уик-мунгкан (Wik Mungkan) название Aak Puul Ngantam переводится как «страна отца нашего отца» и показывает, как аборигены жили и заботились о своей родине на протяжении многих тысяч лет.

Организация APN Cape York и ее корпус рейнджеров-аборигенов с 2012 года работают с исследователями из CSIRO над инициативами, учитывающими местные культурные и экологические особенности.

Перри говорит, что сейчас усилия по защите сосредоточены на черепахах видов Флэтбэк и оливковая Ридли. «Больше всего нас беспокоят оливковые Ридли. Их гнезда неглубоки и обычно располагаются на пляже, а не среди дюнной растительности. Поэтому они очень уязвимы».

Местный рейнджер Дион Кумита работает на пляжах к югу от города Аурукун. «Свиньи разрушают наши пляжи, разрывают черепашьи гнезда и все вокруг, — говорит он. — Обычно они не останавливаются, пока есть что копать. К тому времени, когда мы добираемся до того места, в гнезде остается не так много яиц.

Мы используем науку для защиты черепах, чтобы наше следующее поколение знало, как эти черепахи выглядят. Детям полезно учиться тому, что знают рейнджеры. Когда они вырастут, смогут защитить землю уже для своих потомков».

Рейнджеры с традиционными знаниями и преданностью делу играют жизненно важную роль.

«Суть в том, что если бы рейнджеры не выполняли эту работу, то таких видов, особенно оливковой Ридли, не было бы в будущем, — говорит Керри Вудкок (Kerri Woodcock) из организации Cape York Natural Resource Management (Центр управления природными ресурсами Кейп-Йорка), которая поддерживает устойчивость, природные ресурсы, сообщества и экономику в регионе.

Мы используем науку для защиты черепах, чтобы следующее поколение знало, как эти черепахи выглядят

– рейнджер-абориген Дион Кумита

Керри Вудкок также благодарит традиционное сообщество за руководство этими усилиями по сохранению с помощью новых технологий.

«Это нелегкая работа — в сорокоградусную жару раскапывать дурно пахнущие черепашьи гнезда, чтобы попытаться выяснить, насколько быстро и успешно у черепах идет дело к вылуплению, — говорит она. — Эта программа защиты угрожаемых видов, которой управляют коренные народы, действительно дает результаты, и их можно количественно измерить».

До целенаправленного контроля хищников 100% гнезд на одном наблюдаемом пляже ежегодно уничтожались в основном свиньями. Уровень хищничества свиней сейчас составляет менее 30%. Но еще многое предстоит сделать, чтобы понять поведение черепах и хищников.

В идеале рейнджерам нужен быстрый доступ к данным мониторинга, чтобы оперативно адаптировать действия при обнаружении новых гнезд.

Возможность удаленного обзора пляжей с использованием съемки с воздуха решает все эти проблемы, если изображения можно интерпретировать быстро. До сих пор люди тратили на анализ снимков много часов.

Чтобы ускорить этот процесс, представители CSIRO обратились в Microsoft и спросили, можно ли быстро находить релевантную информацию на десятках тысяч изображений, используя машинное обучение и искусственный интеллект.

Исследователи Microsoft начали с загрузки обучающих изображений в облако Azure.

Затем они разработали ряд алгоритмов обнаружения изображений с использованием искусственного интеллекта, включая классификатор местности и детектор объектов следов и хищников.

Оба алгоритма уже на начальных этапах обещают высокую точность обнаружения. Классификатор местности показывает точность более 90% при различении пляжа, буша и океана, а детектор следов и хищников постепенно улучшает свою производительность, обучаясь на наборе из 45 000 изображений.

Система разработана так, чтобы вводить данные было просто. Рейнджеры извлекают SD-карту из камеры, установленной на беспилотнике или вертолете, и загружают снимки в папку в облаке Azure.

Искусственный интеллект и другие новые технологии жизненно важны для спасения черепах, стоящих на грани исчезновения

– исследователь CSIRO Джастин Перри

После этого анализ проводится автоматически, а результаты сохраняются в базе данных, связанной с интерактивной панелью мониторинга, которую CSIRO и Microsoft разрабатывают на основе Power BI. Это позволяет совместить данные, собранные рейнджерами на земле, с результатами анализа снимков с воздуха.

Объединенные данные отображаются на панели управления, чтобы рейнджеры и ученые могли решать, как лучше всего действовать в определенном месте и в определенное время.

Эти же результаты анализа передают общинам коренных народов, чтобы помочь им принимать культурные решения, которые влияют на местные популяции черепах и борьбу с хищниками.

«Благодаря этой работе 20 000 черепашек попадают в океан каждый сезон. Стабилизируется вся экосистема, — говорит Перри. — Искусственный интеллект и другие новые технологии жизненно важны для спасения черепах, стоящих на грани исчезновения».

Министр охраны окружающей среды Австралии Суссан Лей (Sussan Ley) приветствует использование беспилотников и искусственного интеллекта для реализации экологических решений.

«Это имеет большое значение для работы, которую рейнджеры из числа коренного населения ведут на крайнем севере Австралии, чтобы защищать гнезда черепах от диких хищников и помогать детенышам видов Хоксбилл, Флэтбэк и оливковая Ридли проходить путь от гнезда до океана», — говорит Лей.

Перри добавляет: «Чем полнее мы сможем автоматизировать процесс мониторинга, тем больше рейнджеры смогут сосредоточиться на действиях. Мониторинг для того и существует, чтобы предоставлять информацию для адаптивного управления.

Но часто мы тратим много времени на мониторинг, потому что это действительно тяжелая работа. И все может закончиться тем, что мы просто задокументируем гибель вида».

«Если мы сможем сделать мониторинг более эффективным, то можно будет больше времени уделять управлению угрозами. Именно это дает важные результаты для сохранения видов».

И именно это, по мнению ученых и лидеров коренных народов, в конечном итоге дает морским черепахам Кейп-Йорка наилучшие шансы на выживание.

Заглавное изображение: детеныши черепах вылезают из гнезда через проволочную сетку, защищающую их от хищников (фото из архива APN Cape York).