从太空数大象:利用计算机算法保护濒危野生动物

从太空看森林中的大象

从太空中看到的森林中的大象。绿色矩形表示算法检测到的大象,红色矩形表示经过人类验证的大象。来源:卫星图像(c) 2020年Maxar科技

在计算机算法的帮助下处理的卫星图像是调查濒危野生动物的有希望的新工具。

科学家们首次成功地使用了卫星相机与深度学习相连,以计算复杂的地理景观中的动物,以保护家庭监测濒危物种的群体的重要一步。

在这项研究中,Worldview 3号和Worldview 4号卫星使用高分辨率图像捕捉到了非洲大象在森林和草原上的移动。自动化系统也能检测到同样的动物准确性随着人类能够实现的。

实现检测过程的算法是由巴斯大学(University of Bath)的计算机科学家奥尔加·伊苏波娃(Olga Isupova)博士创建的。这个项目是与牛津大学和荷兰二十四所大学。

Isupova博士表示,新的测量技术允许在几分钟内扫描广阔的土地,为人类观察者提供从低飞行飞机的人类观察者提供急需替代品。随着横跨土地扫描,卫星可以在几分钟内收集超过5000平方公里的图像,消除了双重计数的风险。必要时(例如,当有云覆盖时),在第二天可以重复该过程,在卫星的下一次访问中。

非洲大象的人口在过去的世纪中鼻子潜伏着,主要是由于偷猎和栖息地分裂。在野外留下了大约415,000名非洲大草原大象,该物种被归类为濒临灭绝。

“如果我们保存物种,则准确的监测是必不可少的,”Isupova博士说。“我们需要知道动物的位置以及有多少人。”

卫星监测消除了数据收集过程中干扰动物的风险,并确保人类在计数过程中不受伤害。此外,由于卫星可以绕地球运行,无需考虑边境控制或冲突,计算各国之间的动物迁徙数量也变得更加简单。

本研究不是首先使用卫星图像和算法来监测物种的算法,但是它是第一个可靠地监测通过异构景观移动的动物 - 也就是说,包括开放草地,林地和部分覆盖的区域的背景。

“这种作品在鲸鱼之前已经完成,但当然海洋都是蓝色的,所以计数是不那么挑战性,”伊芙瓦博士说。“正如你可以想象的那样,异质景观使得难以识别动物。”

研究人员认为,他们的工作证明了技术的潜力,可以支持处于困境中的自然资源保护主义者保护生物多样性,并减缓第六次大规模灭绝的进程。第六次大规模灭绝是由人类活动引发的持续灭绝事件。

“我们需要找到新的最先进的系统来帮助研究人员收集他们在威胁下拯救物种所需的数据,”Isupova博士说。

选择非洲象进行这项研究是有充分理由的——它们是最大的陆地动物,因此最容易被发现。然而,伊苏波瓦博士希望,不久就能从太空中探测到更小的物种。

“卫星图像分辨率每隔几年增加增加,随着每一个增加,我们将更详细地看到较小的东西,”她说,添加:“其他研究人员已经设法检测到雪的黑色信天翁巢。毫无疑问,黑白的对比使得更容易,但这并没有改变信天翁巢是大象大小的一个问题。“

参考:“使用非常高分辨率的卫星图像和深入学习,以检测和计算非均匀风景中的非洲大象”由Isla Duporge,奥尔加·伊斯图瓦娃,史蒂文·雷克,大卫W.麦克唐纳和铁君王,2020年12月23日,生态与保护遥感
DOI: 10.1002 / rse2.195

参与该项目的研究人员包括巴斯大学的Olga Isupova博士、Isla Duporge博士、牛津大学的Steven Reece博士、David W. Macdonald教授和特温特大学的Tiejun Wang博士。

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