Подсчет, как правило, лежит в основе любого экологического исследования. Знание того, сколько животных и каких видов живут в конкретной среде обитания, необходимо для понимания отношений между ними. Это знание также позволяет ученым количественно оценить, как популяции определенных видов изменяются во времени, и экстраполировать, как среда и виды внутри нее могут измениться в будущем. Это особенно важно для определения необходимости корректировки усилий по управлению или сохранению.
Связанный контент
- Почему спутники - лучший друг биолога
- Самые редкие в мире виды китов обнаружены в Новой Зеландии
Однако выяснение того, сколько животных существует в определенном месте, зависит от сложности. Для обитающих в океане существ, эта задача становится еще сложнее, учитывая, что океан настолько велик и достаточно хорош для сокрытия животных в его глубинах. Трудно сосчитать даже огромных млекопитающих, таких как киты, которые проводят значительную часть своего времени на поверхности океана. Часто счета ограничиваются одним человеком, стоящим на суше или на платформе корабля с биноклем или летящим над головой на небольшом самолете, который делает все возможное, чтобы обнаружить неуловимых китов.
«Популяции китов всегда было трудно оценить», - сказал Питер Фретвелл, исследователь Британской антарктической службы, в своем заявлении. «Традиционные способы их подсчета локализованы, дороги и не точны».
Но что, если вместо этого эту задачу можно было бы автоматизировать и проводить сразу на большой площади океана?
Фретвелл и его коллеги из «Обзора» поняли, что, по крайней мере для китов, спутниковые изображения с очень высоким разрешением могут быть полезны для подсчета этих животных. Хотя в нескольких прошлых исследованиях для наблюдения за китами использовались спутники, эти усилия не принесли большого успеха, в основном из-за того, что изображения были не очень четкими. Но, как думала команда, недавних достижений в разрешении и точности визуализации может быть достаточно, чтобы возобновить попытки съемки.
Они решили проверить эту идею в бухте у побережья аргентинского полуострова Вальдес, где собираются южные киты для размножения. Благодаря запретам на китобойного промысла численность этих животных, находящихся под угрозой исчезновения, кажется, увеличивается, но никто не знает фактического размера популяции правильных китов.
В исследовании, опубликованном сегодня в PLoS One, исследователи проанализировали одно изображение, сделанное WorldView2, спутником, способным снимать изображения с чрезвычайно высоким разрешением. Снимок WorldView2, который они получили, обследовал область океана площадью 40 квадратных миль и предоставил снимки, которые проникают глубже в толщу воды, чем другие спутники, развернутые в настоящее время. Изображение было разбито на восемь цветных полос с разрешением на земле около двух метров на пиксель и панхроматической полосой с разрешением на земле 50 сантиметров.
Чтобы обнаружить китов, команда сначала проверила изображения вручную, а затем использовала программное обеспечение для обработки изображений, которое использовало алгоритм распознавания китов, который они написали. И программное обеспечение, и исследователи сузили круг потенциальных китов, задав три вопроса: это правильный размер и форма, чтобы быть китом? Это место, где ожидается кит? Существуют ли другие объекты, плавающие вокруг, или размытость изображения, которые могут означать, что то, что похоже на кита, на самом деле является просто пузырьками, камнем или птицами?
Из этих изображений исследователи вручную определили, что они были вполне уверены, что это 55 китов, а также 23 других объекта, которые, как они подозревали, были китами. Они также заметили еще 13 возможных китов под поверхностью. Они нашли лучшие результаты для обнаружения скрытых китов, скрывающихся под волнами в пятой полосе спутника, в фиолетовом конце светового спектра (от 400 до 450 нанометров).
Правильный кит, видимый при различных длинах волн света, захваченного спутником WorldView2. (Фото: Fretwell et al., PLoS One) Компьютер сумел идентифицировать 89 процентов китов, которые исследователи вручную указали на изображениях. Тем не менее, у компьютера был 24-процентный процент ложных срабатываний, что означало, что он классифицировал вещи как китов, которые, как установили исследователи, не были китами, такими как лодки. Идея состоит в том, чтобы в конечном итоге повысить точность этого алгоритма, чтобы сделать китовые исследования почти автоматизированной задачей.
Это исследование является доказательством концептуальной работы, которая представляет потенциальный новый метод. Команда отмечает, что им все еще нужно будет проводить опросы на местах, чтобы определить, не пропускают ли спутники китов, или они могут быть склонны к обнаружению одних китов над другими или против них (например, матери с телятами иногда выглядят как путаница, а не четкие очертания кита). Сравнение на земле того, что на спутниковом изображении выглядит как кит, с тем, что на самом деле плавает в океане, еще более подтвердит правильность метода.
«Следующая задача состоит в том, чтобы определить вероятности обнаружения и понять, могут ли подсчеты по изображениям использоваться в качестве надежного показателя для размера популяции или присутствия», - пишут авторы. «Этот документ показывает, что автоматизированный анализ спутниковых изображений может обеспечить хорошее соответствие с ручным подсчетом, но требуется дополнительная работа для обеспечения того, чтобы эти ручные подсчеты соответствовали реальному количеству поверхностных китов».
Они добавляют, что несколько последовательных спутниковых снимков могут помочь определить, что на самом деле является китом, а что представляет собой неподвижную скалу или рассеивающую волну. Они также пишут, что метод лучше всего работает в спокойной воде, свободной от волн, что в настоящее время ограничивает его применимость. Кроме того, это помогает узнать, где, где могут находиться киты, как в тематическом исследовании, представленном в документе.
Если метод окажется жизнеспособным, то авторы считают, что его можно использовать не только для оценки и мониторинга популяций правильных китов, но и для подсчета количества других видов китов. Исследователи пишут, что по мере появления в будущем спутниковых изображений более высокого качества съемка китов из космоса станет еще более точным и полезным инструментом в области охраны природы.
