سوف تحمي منظمة العفو الدولية الأختام والحيتان البيضاء

في المياه الباردة في ألاسكا ، يساعد الذكاء الاصطناعي الباحثين على إنقاذ الحيوانات المهددة بالانقراض. يتعاون العلماء مع علماء البيئة والسكان المحليين للقتال من أجل بقاء الحيتان والأختام وسط ارتفاع الشحن وتوسيع بناء الموانئ.

عندما حلمت إرين مورلاند بأن تصبح عالمة في علم الحيوان ، تخيلت كم من الوقت ستجلس على الصخور ، وتصنع رسومات للأختام وحيوانات بحرية أخرى. كان من المفترض أن يساعدها ذلك على فهم حياتهم بشكل أفضل وحماية بيئتهم.

وبدلاً من ذلك ، جلست أمام شاشة الكمبيوتر طوال الوقت ، وأجبرت على مشاهدة آلاف الصور الجوية للجليد البحري في محاولة للعثور على علامات الحياة في مياه ألاسكا. تم قضاء قدر كبير من الوقت معها ومع فريقها لتصنيف البيانات المستلمة ، لذلك بحلول وقت النشر كانت هذه المعلومات قديمة بالفعل.

وتتذكر أفكارها في تلك اللحظة: "يجب أن تكون هناك طريقة أكثر فعالية للعمل مع المعلومات". - يجب تحرير العلماء من هذا الروتين حتى يتمكنوا من التركيز على دراسة الحيوانات والتحديات التي قد تواجه سكانها. إن الحاجة إلى قضاء الكثير من الوقت في مثل هذه المهام الكثيفة العمالة تجعل من الصعب القيام بالشيء الرئيسي ".


ايرين مورلاند. صور NOAA

تم العثور على طريقة أكثر فعالية. ولدت الفكرة بطريقة غير متوقعة تمامًا - ظهرت بسبب المنظر من نافذة مكتب سياتل في مورلاند ومسؤولياته في هيئة محلفين. في هذا الربيع ، ستستخدم هي ، إلى جانب علماء آخرين من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ، الذكاء الاصطناعي لرصد الأنواع المهددة بالانقراض من حيتان بيلوغا ، والفظ ، والدببة القطبية والحيوانات الأخرى. الآن سيوفر سنوات من العمل على تحليل المعلومات والتركيز على ضمان أن تقع هذه المعلومات في اليد اليمنى لحماية الحيوانات.

تدرب فرق البحث أدوات الذكاء الاصطناعي لتمييز الأختام عن الصخور وصفارات الحيتان عن ضجيج الآلة. سيوفر ذلك فرصة لفهم سلوك الثدييات البحرية ، مما يعني أنه سيزيد من فرص بقائهم على قيد الحياة بين ذوبان الجليد وزيادة نشاط الناس.

يجمع مشروع مورلاند بين تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي والكاميرات المتطورة على المحركات المروحية NOAA التي تطير حول بحر بوفورت في شمال ألاسكا في أبريل ومايو ، ومسح وتصنيف الصور لإحصاء الأفراد في مجموعات الفقمة والدببة القطبية. الآن يمكن تعديل البيانات في غضون بضع ساعات ، بدلاً من أشهر كما كانت من قبل. ستتمكن زميلتها مانويل كاستيلو ، الزميلة في NOAA ، من تطبيق خوارزميات مماثلة على السجلات من المعدات المنتشرة عبر الجزء السفلي من خليج كوك. سيساعد هذا على فهم بسرعة كيف قضى انخفاض عدد حيتان بيلوغا الشتاء.

سيتم التحقق من صحة البيانات من قبل العلماء ، وتحليلها إحصائيًا ، وإرسالها إلى المتخصصين مثل جون كورلاند ، مساعد المدير الإقليمي لـ NOAA Alaska's Resource Protection.


العالم مانويل كاستيلو (يمين) يذهب إلى كوك باي في ألاسكا كل ربيع وخريف لجمع الميكروفونات من قاع البحر. مع فريقهم ، كانوا أول من اختبر المعدات ، واضبطها وفقًا لذلك بحيث يطفو الميكروفون على السطح. ثم يأخذونه على متن الطائرة ، وينزلون البيانات منه ويرسلونه إلى قاع المحيط ، حيث سيستمع الميكروفون للأشهر الستة المقبلة. (تصوير دانييلا هوسون من أبحاث الحفاظ على المحيطات).

يشرف مكتب جونو في كورلاند على برامج الحفاظ على الثدييات البحرية وترميمها في جميع أنحاء الولاية وفي المياه المحيطة بها. كما أنه يساعد في توجيه الوكالات الفيدرالية التي تصدر تصاريح مختلفة أو اتخاذ أي إجراء من شأنه أن يؤثر على سبل عيش الثدييات المهددة بالانقراض.

من بين الأنواع الأربعة من الأختام الموجودة في بحر بيرينغ - اللاختاك ، الفقمة الحلقية ، الفقمة المرقطة (الارجا) والختم المخطط (أسد الأسد) - النوعان الأولان من الأنواع التي تتناقص في عددها ، أي أنه في المستقبل القريب يمكن أن تقع في فئة الحيوانات تحت خطر الانقراض. الحيتان التي تعيش في مضيق كوك هي بالفعل من الأنواع المهددة بالانقراض. يبلغ عدد سكانها 279 فردًا فقط ، بينما كان هناك قبل 30 عامًا حوالي ألف منهم.

يعيش الحوت في مجموعات منفصلة معزولة عن بعضها البعض. هذه الجماعات لا تتزاوج ولا تترك موائلها. لذلك ، كما يحذر كاستيلوت ، فإن فرصة استبدال مجتمع آخر لاحقًا للانقراض هي باطلة. “لن تعيش البيلوغا الأخرى هناك ، لأنهم ليسوا على دراية بالمنطقة. يمكننا أن نفقد هذا التنوع البيولوجي إلى الأبد.

وضع مكتب كورلاند توصيات للحد من التأثير السلبي للنشاط البشري على السكان ، على سبيل المثال ، بناء الأراضي أو نشاط النقل. وتتكون من رفض القيام بهذا العمل في أماكن معينة خلال فترات عبور هذه الثدييات ونسل التمريض ، ولكن هذه المتطلبات غالبًا ما تفتقر إلى البيانات في الوقت المناسب.

قال كورلاند: "في بعض الأحيان لا نمتلك معلومات أساسية ، لذا فإن الحصول على هذه البيانات سيعطينا صورة أوضح كثيرًا للأنواع المحتملة من الاستجابات لحماية هؤلاء السكان". "في كلتا الحالتين ، مع كل من الحيتان والأختام ، يتم تمثيل هذا النوع من المعلومات بأكثر العلوم تقدمًا ، والتي يمكنها سد الثغرات في معرفتنا."


قامت إرين مورلاند بأول استكشاف لها في عام 2007 ، وحلقت في طائرة هليكوبتر من كاسحة الجليد. جمع العلماء 90.000 صورة وأمضوا شهورًا في فك رموزها لمجرد الحصول على صور لـ 200 ختم. لقد كانت مهمة شاقة للغاية وشاقة ، حيث قدمت بيانات غير دقيقة. (بإذن من NOAA).

بدأ مشروع الذكاء الاصطناعي منذ سنوات عديدة عندما جلس مورلاند أمام شاشة الكمبيوتر في مختبر NOAA سياتل مارين للثدييات البحرية وعبر بحيرة واشنطن ، تم التفكير في مقر مايكروسوفت في ريدموند ، واشنطن. شعرت أنه يجب أن يكون هناك بعض الحلول التكنولوجية لمشكلتها ، لكنها لا تعرف من تلجأ للمساعدة.

جاء الحظ الجيد عندما سمعت بطريق الخطأ ، كعضو في لجنة التحكيم في عام 2018 ، قاضيين في هيئة المحلفين يتحدثان عن الذكاء الاصطناعي. أخبرتهم عن عملها وبالتالي خرجت إلى دان موريس من Microsoft AI for Earth. واقترح وضع هذه المهمة على هاكاثون الصيف ، عندما يتنافس مطورو ومهندسو البرمجيات لمدة أسبوع مع فرق تعمل في مشاريع محددة. اشترك أربعة عشر مهندسًا من Microsoft للعمل على حل هذه المشكلة.

قال موريس: "في مجال الحفاظ على الحياة البرية ، ينخرط آلاف العلماء في روتين ، ينظرون إلى الصور ويستمعون إلى التسجيلات". - تتيح لك الأجهزة البعيدة جمع مجموعة متنوعة من البيانات ، ولكن لا يزال يتعين على العلماء التفكير في كيفية استخدامها. إن السنوات التي قضاها في التعليق على الصور ليست مضيعة للوقت فحسب ، بل هي أيضًا مسألة فقدان صلة هذه البيانات ".

تبين أن فكرة مورلاند أكثر تعقيدًا مما ظهرت لأول مرة. في حين أن هناك العديد من النماذج للتعرف على الأشخاص في الصور ، لم يتمكن أي منهم من العثور على الأختام ، خاصة عند التصوير الجوي في الوقت الحقيقي. ومع ذلك ، فإن مئات الآلاف من العينات التي تم تصنيفها من قبل خبراء NOAA ساعدت سابقًا في تدريب النموذج للتعرف على الصور والتسجيلات الصوتية ذات الصلة بالثدييات.

يقول موريس: "كان جزء من المشكلة أنه كان هناك بالفعل 20 تيرابايت من بيانات الصور الجليدية المتراكمة ولم يكن من الممكن العمل مع مثل هذه المجموعة على جهاز كمبيوتر محمول". "ننقل محركات الأقراص الثابتة يوميًا إلى سياتل وريدموند." لكن السحابة سمحت لنا بالعمل مع كل هذه المجموعة في وقت واحد وتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي. لذا ، بمساعدة تقنية Azure ، تعاملنا مع مشكلة البيانات ".


هل يمكنك التمييز في هذه الصورة الجوية للأختام (يسار)؟ انظر إلى الصورة الحرارية (على اليمين) ثم عد إلى الصورة الأولى - هل تراها الآن؟ تساعد منظمة العفو الدولية علماء NOAA على فرز الصور (الصورة المقدمة من NOAA ، استنادًا إلى الملاحظات في خليج Kotzebue على ساحل ألاسكا أثناء ذوبان الجليد ، مما يجبر الأختام على التجمع معًا أكثر من المعتاد).

تم تنفيذ أول استطلاع لطائرة هليكوبتر للأختام بطائرة هليكوبتر في عام 2007. جمع العلماء حوالي 90.000 صورة وأمضوا شهورًا في مسحها لاكتشاف 200 فقمة فقط. كانت العملية شاقة للغاية ، وكانت النتائج غير دقيقة.

الأختام تعيش منفصلة ، مما يجعل من الصعب التعرف عليها في الصور. إجراء الاستطلاع ليس مهمة سهلة أيضًا ، حيث يجب أن تطير الطائرة عالياً بما يكفي حتى لا تخاف الحيوانات وتغوص في الماء ، ولكن من ناحية أخرى ، منخفضة بما يكفي للحصول على لقطات عالية الدقة تسمح للعلماء ، على سبيل المثال ، بتمييز الأختام الحلقية عن الأختام الشائعة. يجعل طقس ألاسكا الممطر والغائم جمع البيانات أكثر صعوبة.

تم تحسين الملاحظات اللاحقة بشكل ملحوظ من خلال الاستخدام المتزامن للكاميرات الحرارية والملونة على الطائرات المعدلة على ارتفاعات أعلى. ولكن حتى في هذه الحالة ، فإن تأثير الجليد القذر وانعكاساته جعل من الصعب التمييز بين الحيوانات الفردية في الصورة.

مشكلة أخرى كانت الموارد البشرية. نتيجة للمراقبة في عام 2016 ، تم الحصول على مليون زوج من الصور الحرارية والملونة ، والتي خفضها البرنامج السابق إلى 316000 موقع نشط. كان على العلماء فرزها وتصنيفها يدويًا. لثلاثة موظفين يعملون على ذلك ، استغرق الأمر ستة أشهر.


نادرًا ما يأتي الختم المخطط ، أو أسد الأسد إلى الشاطئ. عندما يبدأ ذوبان الجليد في الصيف ، تطفو في المحيط المتجمد الشمالي حتى يتشكل حقل جليدي مرة أخرى في الخريف (الصورة مقدمة من NOAA).


يحصل لاهتاك على مصدر رزقهم في قاع البحر ، وتصبغ رواسب الحديد وجوههم (الصورة المقدمة من NOAA).


يبني الفقمة الحلقية كهوف جليدية لإخفاء أشبالها عن الدببة القطبية. الوصول إلى هذه الملاجئ ممكن فقط من الماء (الصورة المقدمة من NOAA).


يشبه Larga ، أو ختم موتلي ، ختم جزيرة ، ولكن على عكس الأخير ، ينتجون ذرية ويقضون وقتًا في ذوبان الجليد العائم ، وليس على الأرض (الصورة المقدمة من NOAA).

عندما شاركت مورلاند مع زملائها معلومات حول قدرات المشروع على استخدام الذكاء الاصطناعي في حل مشاكله ، اتضح أن Castellot واجه مشاكل مماثلة.


, . , : , , . , : , -. ( Daniela Huson with Ocean Conservation Research).

في كل ربيع وخريف ، يطير كاستيلوت من سياتل إلى أنكوريج ، ويأخذ قاربًا إلى البحر ، ويخرج الميكروفونات المركبة في 15 نقطة في قاع خليج كوك ، وينزل البيانات منها ويرمي هذه المعدات مرة أخرى إلى البحر. لبقية العام ، يقضون هم والفريق في محاولة تصنيف كل صوت ، وتحديد أي صفارات وصراخ ينتمي إلى الحيتان البيضاء ، والحيتان الحدباء ، والحيتان القاتلة ، سواء جاء الزئير من طائرة طيران أو من سفينة شراعية ، وطقطقة من كسر الجليد أو من أعمال البناء.

بطبيعة الحال ، لم يتبق وقت تقريبًا لتحليل وفك تشفير اتصالات الحيتان نفسها.
يتم توجيه الحيتان بالصوت ، وذلك باستخدام تحديد الموقع بالصدى للتحرك ، خاصة في خليج كوك ، حيث يكون الظلام في معظم أيام السنة ويؤدي ذوبان الأنهار الجليدية إلى جعل الماء أكثر غائمًا. الصوت ، الذي يتم تضخيمه عدة مرات تحت الماء ، يمكن أن يؤدي إلى تشويش الحيوانات ويؤدي إلى عدم القدرة على تحديد مكان القاع ، أو اتباع القطيع ، أو الإمساك بالفريسة أو سماع حيوان مفترس ، على سبيل المثال ، حوت قاتل. إذا لم يسمع الشبل النقرات والصافرات المنبعثة من الأم ، فقد يتخلف ويموت.

"تخفي الأصوات الناتجة عن الأنشطة البشرية الإشارات الرئيسية التي تستخدمها الحيتان للبحث عن الطعام أو بعضها البعض. كما أنه يؤثر سلبًا على التكاثر ، وإذا لم يتمكنوا من الأكل والتزاوج وإنتاج النسل ، فمن المستحيل زيادة عدد السكان "، يقول كاستيلو.

تكمن المشكلة في أن أنكوريج هي مركز مهم لسفن الشحن ، وكذلك الرحلات العسكرية والتجارية. يعني توسيع الميناء أيضًا القيادة في قاع الأكوام لأرصفة جديدة. يوجد الآن سبعة عشر خط أنابيب نفط حلقي في خليج كوك. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب مخارج الأنهار الجليدية التنظيف حتى تعمل قنوات الشحن. الضجيج يغرق صفارات وصراخ الحيتان.


تسمى Belugas أحيانًا طيور الكناري بسبب النطاق الصوتي الكبير للأصوات التي تصدرها. (تصوير ديفيد ميرون فوتوغرافي / غيتي إيماجز).

بالتعاون مع Microsoft ، تمكنت Castellot من تطوير مجموعة موثوقة من الخوارزميات التي أظهرت تطابقًا بنسبة 99٪ مع التصنيف اليدوي في سجلات السجلات. تقوم المجموعة بتطوير تقنية جديدة من شأنها أن تجعل هذه العملية أكثر كفاءة.
نظرًا لأن تغير المناخ يسمح للأنشطة البشرية بالتوسع في أقصى الشمال ، وفقًا لكاسلوت ، فإن مثل هذا العمل سيكون ضروريًا لتنفيذ تدابير الحماية لسكان الحيتان الأخرى التي من المحتمل أن تواجه أيضًا التلوث الضوضائي في العقود القادمة.

"يشكل Cook's Belugas عددًا صغيرًا جدًا من السكان ، والذي يتركز بالقرب من المكان الذي يعيش فيه الناس في ألاسكا. لذلك ، يمكن أن تشكل الأنشطة المتعلقة بالتنمية والتنمية تهديدًا كبيرًا لها ، كما يقول كورلاند. "تعيش الأختام في مساحات مفتوحة أوسع حيث يكون تأثير النشاط البشري أقل ، لذا فإن تغير المناخ يشكل الخطر الرئيسي عليهم ، والذي ، بالطبع ، أكثر صعوبة في الحد منه." 

"تتغذى أنواع الأختام المدروسة وتهتم بنسلها على مدقات الجليد ، حيث يقضون الرخوة كل ربيع هناك ، لذلك تعتمد هذه الحيوانات بشكل كبير على حالة الجليد. نادرًا ما تذهب الأختام المخططة إلى الشاطئ على الإطلاق ، وعندما يذوب الجليد في الصيف ، تسبح في المحيط حتى يتشكل الجليد مرة أخرى في الخريف. وبالتالي ، فإن الاحترار العالمي له تأثير سلبي على مناطق القطب الشمالي وشبه القطبية الشمالية.

في رأيها ، فإن تحليل البيانات حول مجتمع الفقمة وتوزيعه سيجعل من الممكن اتخاذ الخطوة الأولى في فهم كيفية محاولتهم التعامل مع التغيرات البيئية وما يحتاجون إليه من أجل البقاء.


يعيش الحوت الحوت فقط في المحيط المتجمد الشمالي والبحار المجاورة ، على سبيل المثال ، في بحر بيرينغ (تصوير ديفيد ميرون فوتوغرافي / غيتي إيماجز).

يقول توم جراي ، ممثل قبيلة محلية تلتقط حيتان بيلوغا في بحر بيرينغ الشرقي من خلال الشباك: "نعيش في وقت التغيير ، ونحتاج إلى كل قوتنا لحماية مواردنا الطبيعية". بمعرفته وخبرته ، قدم مساعدة كبيرة لفريق Castellot في صيد الحيتان في خليج كوك وتركيب أجهزة استشعار الالتصاق عليها.

عندما كان جراي صغيرًا وعاش في نومي (ألاسكا) ، قال: "لم تكن هناك سفن تبحر إلينا في الممر الشمالي الغربي. "مئات السفن تمر في عام واحد ، وعلى الأرجح سيكون هناك الآلاف في المستقبل القريب."

"في ألاسكا ، لدينا حوت بيلوغا ، موس ، غزال كندي ، كل هذه الحيوانات الفريدة التي نتحدث عنها كثيرًا. لكنني لست متأكدًا أن شعبنا لديه كل ما يلزم للحفاظ على صحة سكان هذه الحيوانات. الآن نحن نخسر المعركة ، ومن المحتمل أن تختفي هذه الأنواع إلى الأبد. نحن بحاجة إلى العلماء والمبتكرين لحماية هذه الحيوانات ومنعها من الاختفاء من على وجه الأرض ".