人工智能为全球珊瑚礁健康远程监测带来新工具

夏威夷大学(UH)马诺阿分校的研究人员使用尖端的人工智能(AI)技术开发了珊瑚礁生态学领域的新保护工具。通过开发新颖的深度学习算法，UH Mānoa海洋与地球科学与技术学院(SOEST)的珊瑚生态学家现在能够识别和测量来自太空的珊瑚礁晕。

这些特征，也称为放牧晕或沙晕，由珊瑚斑礁周围出现的裸露沙子的环状图案组成，从卫星图像中很容易看到它们的存在。

“珊瑚礁晕可能是珊瑚礁健康和活力的重要指标，但到目前为止，它们的测量和跟踪一直是一个具有挑战性和耗时的过程，”该研究的主要作者，夏威夷海洋生物学研究所(HIMB)麦丁实验室的博士后研究员Simone Franceschini说。“然而，通过这种新方法，我们可以在全球范围内准确识别和测量珊瑚礁晕，而人类完成相同任务所需的时间却很短。

“我们的目标是开发一种免费提供的遥感工具，以大规模监测生态过程，以提高对珊瑚礁生态系统的理解和管理，”该研究的资深作者兼HIMB副研究教授Elizabeth Madin说。“我们目前的研究表明，珊瑚礁晕可能代表了一个新兴的机会，可以大规模监测珊瑚礁生态系统的功能，包括在偏远和其他无法进入的地区。

近年来，计算机视觉技术越来越多地用于识别医学和生物学研究中的模式。在生态学方面，图像分析的应用加上卫星成像技术的进步，改善了大规模的生态系统分析和野生动植物保护。

“这项工作源于我们团队对人工智能技术现状及其在珊瑚礁生态系统保护研究中的潜在应用的理解，”Madin补充道。

尽管人工智能技术在图像分析领域表现出优异的表现，但识别光晕(一种复杂的生态模式，变化很大)是一项挑战，需要结合不同的深度学习算法。

“珊瑚礁晕有时在卫星图像中非常清晰，边缘明显，与背景植被对比度高，但有时它们非常微弱，很难区分 - 即使是训练有素的观察者，”Franceschini说。

“最终，我们的团队能够开发一套算法，能够考虑到全球这些模式的多样性，并以惊人的准确性识别和测量光晕。对于我们来说，现在建造的东西可以准确识别世界某些地区90%以上的光晕，这对我们来说是非常令人满意的。

珊瑚礁是地球上最多样化的生态系统之一，全球数百万人依赖珊瑚礁，正受到过度捕捞、气候变化和许多其他因素的威胁。众所周知，这些生态系统，特别是渔业和海洋保护区对它们的影响，很难大规模和长期监测。

“这一突破是在空间和时间上扩大我们监测和量化珊瑚礁生态系统健康方面的能力的关键一步，”Madin说。“通过提供一种更有效和有效的方法来测量珊瑚礁及其周围的光晕，这种新方法为开发基于珊瑚礁晕现象的全球规模的珊瑚礁保护和监测工具铺平了道路。

该团队的目标是在不久的将来开发一个免费可用的网络应用程序，允许保护从业者、科学家和资源管理人员使用卫星或无人机图像远程、快速、廉价地监测珊瑚礁健康的各个方面。